DE102018133036A1

DE102018133036A1 - Motormischstrukturen

Info

Publication number: DE102018133036A1
Application number: DE102018133036.7A
Authority: DE
Inventors: Adam Edgar Klingbeil; Roy James Primus; John P. Dowell; Victor Manuel Salazar; Thomas Michael Lavertu; Kevin Bailey; Kevin McElhaney; Bhaskar Tamma; Sreenivasa Rao Gubba
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2019-07-18

Abstract

Es ist eine Kraftstoff- und Gas-Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) für einen Motor geschaffen. Diese Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) enthält einen Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104), der eingerichtet ist, um zwischen einem Kraftstoffinjektor (304) und einem Zylinder eines Motors positioniert zu sein. Der Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) definiert ein inneres Volumen, das eingerichtet ist, um ein Gas von einer Außenseite des Körpers (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) zu empfangen und um einen oder mehrere Kraftstoffströme von dem Kraftstoffinjektor (304) in dem inneren Volumen zu empfangen. Der Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) definiert ferner eine oder mehrere Mischleitungen (922, 2124, 2402), die eingerichtet ist bzw. sind, um Schwaden aus dem Kraftstoff und Gas, während sich diese vermischen, aus dem inneren Volumen zu einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen und durch diese hindurch zu dem Zylinder zu leiten.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/616,702 , die am 12. Januar 2018 eingereicht wurde, und der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/623,194 , die am 29. Januar 2018 eingereicht wurde, deren gesamte Offenbarungen durch Verweis hierin mit aufgenommen sind.
GEBIET
Der hierin beschriebene Gegenstand betrifft Strukturen und Anordnungen, die die Bildung von Ruß in Motoren reduzieren.
HINTERGRUND
In einem Selbstzündungsmotor kann Kraftstoff direkt in verdichtete heiße Gase, wie etwa Luft oder ein Gemisch aus Luft und rückgeführtem Abgas, injiziert werden. Der Kraftstoff vermischt sich mit diesen innerhalb des Zylinders befindlichen Gasen in der Nähe des Ortes der Injektion des Kraftstoffs in die Zylinder des Motors. Während sich der relativ kühle Kraftstoff mit den eine höhere Temperatur aufweisenden Gasen vermischt, erreicht das resultierende Gemisch eine für eine Zündung hinreichende Temperatur. Dies kann ein dynamisches Ereignis sein, und Kraftstoff kann gezündet werden und kann an dem Kopf der Kraftstoffsprühschwade verbrennen, während Kraftstoff weiterhin in das andere Ende der Sprühschwade injiziert wird.
Da die Temperatur der in den injizierten Kraftstoff mitgerissenen Gase hoch bleibt, kann die Verzögerung zwischen der Injektion des Kraftstoffs und der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinder reduziert werden. Dies kann bewirken, dass die Kraftstoffsprühschwade vor der anfänglichen Zündung ein suboptimales Kraftstoff-Luft-Gemisch-Verhältnis aufweist, was Ruß erzeugen kann. Die Erzeugung und damit einhergehende Ansammlung von Ruß kann die Leistung des Motors beeinträchtigen und schließlich eine Reinigung oder sonstige Reparatur des Motors erfordern. Außerdem können bestimmte Vorschriften oder Gesetze es beschränken, wie viele Partikelteilchen oder sonstige Emissionen durch Motoren erzeugt werden können.
KURZE BESCHREIBUNG
In einem Aspekt ist eine Mischstruktur geschaffen, die einen Körper enthält, der eine Achse definiert und sich von einer Injektorseite zu einer gegenüberliegenden Kolbenseite entlang der Achse erstreckt. Der Körper weist eine nach innen gerichtete Oberfläche in der Nähe der Achse, die ein zentrales Volumen definiert, und eine nach außen gerichtete Oberfläche distal von der Achse auf. Die Injektorseite des Körpers ist eingerichtet, um einem Kraftstoffinjektor eines Zylinders eines Motors zugewandt zu sein, während die Kolbenseite des Körpers eingerichtet ist, um einem Kolbenkopf des Motorzylinders zugewandt zu sein. Der Körper weist eine oder mehrere Kanaloberflächen auf, die einen oder mehrere Gaskanäle definieren, die sich durch den Körper hindurch zu und von dem zentralen Volumen erstrecken. Der Körper weist ferner eine oder mehrere Leitungsoberflächen auf, die eine oder mehrere Kraftstoff-Gas-Mischleitungen definieren, die sich durch den Körper hindurch zu und von dem zentralen Volumen erstrecken. Das zentrale Volumen ist eingerichtet, um einen oder mehrere Kraftstoffströme von dem Kraftstoffinjektor und einen oder mehrere Gasströme von dem einen oder den mehreren Gaskanälen zu empfangen. Während eines Betriebs vermischt sich wenigstens einer der Ströme des Kraftstoffs mit dem einen oder den mehreren Gasströmen, um ein Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem bestimmten Verhältnis von Kraftstoff zu Gas zu bilden. Die Kraftstoff-Gas-Mischleitungen sind eingerichtet, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch aus dem Körper heraus und in einen Brennraum des Motorzylinders hinein zu leiten.
In der zuvor erwähnten Mischstruktur kann der Körper eine einzige monolithische nahtlose Struktur sein.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann der eine oder können die mehreren Gaskanäle sich durch den Körper derart erstrecken, dass das Gas aus der Außenseite des Körpers in das zentrale Volumen des Körpers eingesaugt wird.
Weiter zusätzlich oder als eine weitere Alternative kann das bestimmte Verhältnis des Kraftstoff-Gas-Gemisches basierend wenigstens auf einem von einer Anzahl, Form, Lage und Größe eines oder mehrerer der Gaskanäle oder der Mischleitungen gesteuert werden.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Mischstruktur können die Gaskanäle gewellte Formen in dem Körper zwischen der nach außen gerichteten Oberfläche und der nach innen gerichteten Oberfläche des Körpers aufweisen.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Mischstruktur kann jede der Mischleitungen eingerichtet sein, um in dem hindurchströmenden Kraftstoff-Gas-Gemisch einen Drall, Wirbel und/oder eine Turbulenz zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Mischstruktur können sich die Mischleitungen radial außen von der Achse erstrecken und derart eingerichtet sein, dass jeder Strom des Kraftstrom-Gas-Gemisches in seiner entsprechenden Mischleitung zentriert ist.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Mischstruktur kann die Injektorseite des Körpers einen Stufenabschnitt definieren, um einen Kontakt zwischen dem Körper und einem oder mehreren Einlass- oder Auslassventilen des Motorzylinders während eines Betriebs des Motors zu vermeiden.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Mischstruktur kann wenigstens ein Abschnitt des Körpers oberflächenbehandelt oder beschichtet sein.
In einem zweiten Aspekt ist eine weitere Mischstruktur geschaffen. Diese Mischstruktur enthält einen Körper, der eingerichtet ist, um zwischen einem Kraftstoffinjektor und einem Zylinder eines Motors positioniert zu sein. Der Körper definiert ein inneres Volumen, das eingerichtet ist, um Gas von einer Außenseite des Körpers zu empfangen und um einen oder mehrere Kraftstoffströme von dem Kraftstoffinjektor in dem inneren Volumen zu empfangen. Der Körper definiert ferner eine oder mehrere Mischleitungen, die eingerichtet sind, um Schwaden aus dem Kraftstoff und Gas, während sie sich vermischen, von dem inneren Volumen zu einer oder mehreren Austrittsöffnungen und durch diese hindurch zu dem Zylinder zu leiten.
In der zuvor erwähnten Mischstruktur gemäß dem zweiten Aspekt kann der Körper eingerichtet sein, um das Gas vor oder während der Vermischung des Gases mit dem Kraftstoff in dem inneren Volumen und der einen oder den mehreren Mischleitungen zu kühlen.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann der Körper eine Verbindungsstruktur aufweisen, die wenigstens ein Ausrichtungsloch und einen Ausrichtungsstift definiert, und die Mischleitungen können jeweils mit einer Düse des Kraftstoffinjektors ausgerichtet sein.
Insbesondere kann die Verbindungsstruktur eine Schrumpfpassung, Presspassung an einem Zylinderkopf des Motorzylinders, mit diesem verschweißt, verbolzt, verschraubt oder als ein Teil desselben ausgebildet sein.
In jeder beliebigen vorstehend erwähnten Mischstruktur gemäß dem zweiten Aspekt können die Mischleitungen eine oder mehrere Öffnungen definieren, die mit einem oder mehreren Gaskanälen verbunden sind, und die Mischleitungen können eingerichtet sein, um Strömungen des Gases während eines Betriebs des Zylinders aus dem einen oder den mehreren Gaskanälen in die Mischleitung zu leiten.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann jede der Mischleitungen eine(n) oder mehrere Vertiefungen, strukturierte Oberflächen, Rillen oder Vorsprünge enthalten, um eine Vermischung der Kraftstoff- und Gasschwaden, die durch die Mischleitungen strömen, zu unterstützen.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Mischstruktur gemäß dem zweiten Aspekt können die Mischleitungen eingerichtet sein, um den Kraftstoff und das Gas vor einer Verbrennung der Schwaden in dem Zylinder zu einem homogenen Zustand zu vermischen.
Zusätzlich können die Mischleitungen eingerichtet sein, um die Schwaden in den Zylinder derart zu leiten, das im Vergleich zu einer Verbrennung in dem Zylinder ohne eine Vermischung des Kraftstoffs und des Gases zu dem homogenen Zustand eine relativ reduzierte Menge oder keine Menge an Ruß, Stickoxiden oder sowohl Ruß als auch Stickoxiden in dem Zylinder erzeugt wird.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Mischstruktur gemäß dem zweiten Aspekt kann der Körper einen Stufenabschnitt aufweisen, um eine Pfadlänge der einen oder mehreren Mischleitungen zu verlängern und gleichzeitig einen Kontakt des Körpers mit einem oder mehreren Ventilen des Motorzylinders zu vermeiden.
In einem dritten Aspekt enthält eine weitere Mischstruktur Mittel zur Aufnahme von Kraftstoff aus einem Kraftstoffinjektor und zur gesonderten Aufnahme von Gas, Mittel zur Vermischung des Kraftstoffs und des Gases zu einem Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem bestimmten Verhältnis und Mittel zur Leitung des Kraftstoff-Gas-Gemisches in einen Brennraum eines Motorzylinders.
In der zuvor erwähnten Mischstruktur gemäß dem dritten Aspekt können die Mittel zur Aufnahme des Gases und des Kraftstoffs das Gas kühlen, bevor oder während sich das Gas mit dem Kraftstoff vermischt.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Mischstruktur gemäß dem zweiten Aspekt können die Mittel zur Vermischung des Kraftstoffs und des Gases zu dem Kraftstoff-Gas-Gemisch aufweisen: eine Mischleitung, die innere Wände aufweist, und Mittel zur Hervorrufung einer Turbulenz in den Kraftstoff- und Gasströmen, um die Homogenität des Kraftstoff-Gas-Gemisches zu erhöhen, sowie Mitte zur Zentrierung und Trennung einer Strömung des Kraftstoff-Gas-Gemisches von den inneren Wänden der Mischleitung.
Zusätzlich oder als eine Alternative können die Mittel zur Leitung des Kraftstoff-Gas-Gemisches in den Brennraum das Kraftstoff-Gas-Gemisch derart leiten, dass es vor einer Verbrennung in den Brennraum des Motorzylinders eindringt, die Verbrennung des Kraftstoff-Gas-Gemisches verzögern oder sowohl das Kraftstoff-Gas-Gemisch in den Brennraum des Motorzylinders vor einer Verbrennung einleiten als auch die Verbrennung des Kraftstoff-Gas-Gemisches verzögern.
Figurenliste
Der vorliegende Erfindungsgegenstand kann durch das Lesen der folgenden Beschreibung von nicht beschränkenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verstanden werden, worin nachstehend zeigen:

1 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Mischstruktur für einen Zylinders eines Motors;
2 eine geschnittene Teilansicht der in 1 dargestellten Mischstruktur;
3 eine Querschnittsansicht der in den 1 und 2 dargestellten Mischstruktur, wie sie mit einem Zylinderkopf eines Motorzylinders in einem Motor gekoppelt ist, gemäß einer Ausführungsform;
4 eine weitere Querschnittsansicht der in den 1 und 2 dargestellten Mischstruktur, die an dem Zylinderkopf des in 3 veranschaulichten Zylinders gekoppelt ist, gemäß einer Ausführungsform;
5 eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur für einen Zylinder eines Motors;
6 eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur für einen Zylinders eines Motors;
7 eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur für einen Zylinder eines Motors;
8 eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur für einen Zylinder eines Motors;
9 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur;
10 eine Perspektivansicht einer Injektorseite der in 9 veranschaulichten Mischstruktur;
11 eine Querschnittsansicht der Mischstruktur entlang der Linie 11-11, die in 9 dargestellt ist;
12 eine weitere Querschnittsansicht der Mischstruktur entlang einer Linie 12-12 in 9;
13 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur;
14 eine Perspektivansicht einer Injektorseite der in 13 veranschaulichten Mischstruktur;
15 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur;
16 eine Perspektivansicht einer Injektorseite der in 15 veranschaulichten Mischstruktur;
17 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur;
18 eine Perspektivansicht einer Injektorseite der in 17 veranschaulichten Mischstruktur;
19 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur;
20 eine Perspektivansicht einer Injektorseite der in 19 veranschaulichten Mischstruktur;
21 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur;
22 eine Perspektivansicht einer Injektorseite der in 21 veranschaulichten Mischstruktur;
23 eine Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform der Kolbenseite der in den 9 bis 12 veranschaulichten Mischstruktur und
24 eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine oder mehrere Ausführungsformen des hierin beschriebenen Erfindungsgegenstands ergeben Mischstrukturen oder -anordnungen. Die Mischstrukturen oder -anordnungen können mechanische Strukturen sein, die an oder in der Nähe von Kraftstoffinjektoren von Zylindern in einem Motor angeordnet sind. Die Mischstrukturen können eine Zündverzögerung des Kraftstoffs beeinflussen und/oder steuern (indem sie zum Beispiel die Zündung in Bezug auf den Injektionszeitpunkt verzögern). Eine Zündsteuerung kann es ermöglichen, dass ein anderes (zum Beispiel magereres) Kraftstoff-Luft-Gemisch erreicht wird, bevor das Gemisch einen Verbrennungsbereich erreicht, um zu zünden oder zu verbrennen. Es sind hierin verschiedene Konzepte beschrieben, die diese Modifikation des Kraftstoffverbrennungsereignisses ermöglichen. Obwohl in einigen Anordnungen Rohre und Gänge verwendet werden können, können andere Mischstrukturen und -anordnungen Kanäle, Strömungspfade, Leitungen und dergleichen definieren und keine Rohrstruktur noch eine Durchgangsstruktur innerhalb des Brennraums eines Zylinders enthalten. Es hat sich gezeigt, dass einigen Anordnungen, die Rohre oder Kanäle aufweisen, an katastrophalen Fehlern, wie innerhalb der Rohre auftretenden Explosionen, leiden.
Indem auf einige derartige Konzepte Bezug genommen wird, können die Mischstrukturen oder -anordnungen in Zylinderköpfen zwischen den Kraftstoffinjektoren und den Kolben positioniert werden, oder sie können auf der Oberseite der Kolben angeordnet werden. Derartige Anordnungen können eine Menge von Heißgas steuern (zum Beispiel reduzieren), das in einen injizierten Kraftstoffstrom mitgerissen wird. Ein Kraftstoffinjektor kann den Kraftstoff injizieren und kann eine Düse aufweisen, die mehrere Kraftstoffströme bildet.
Durch Zugabe in diese Mischstrukturen können der Kraftstoff und die Luft mehr Zeit haben, um sich vor einer Zündung miteinander zu vermischen. Das Verhältnis von Kraftstoff zu Gas/Luft kann gesteuert werden. Der Mischvorgang zwischen dem Kraftstoff und dem Gas/der Luft kann gesteuert werden. Es kann der Fall auftreten, dass eine Steuerung der Vermischung von Kraftstoff und Gas/Luft die Erzeugung bestimmter Abgasprodukte (zum Beispiel Ruß, NOx) während des Verbrennungsprozesses reduzieren oder eliminieren kann.
Durch Zugabe in diese Mischstrukturen kann die Struktur mit dem Heißgas und der Luft in Kontakt stehen, um als eine Wärmesenke zu dienen. Auf diese Weise kann sie das zuvor heiße Gas/die zuvor heiße Luft lokal kühlen, während dieses/diese in eine Kraftstoffstromschwade aufgenommen, mit dieser mitgeführt und/oder entlang dieser mitgerissen wird. Die Mischstruktur kann die Gase kühlen, die in in den Zylinder injizierte Kraftstoffströme mitgerissen werden. Ein kühleres Gemisch kann eine Zündung verzögern und dadurch eine Menge an erzeugtem Ruß verringern oder die Erzeugung von Ruß insgesamt verhindern. Verschiedene Ausführungsformen der Mischstruktur können als eine Rußreduktionsanordnung oder eine Motoranordnung bezeichnet werden. In dem hierin verwendeten Sinne schließen die Ausdrücke Gas oder Gase Luft, eine Kombination aus Luft und rückgeführtem Abgas (Abgasrückführung, AGR), eine Kombination aus Luft und anderen Verdünnungsmitteln (zum Beispiel Wasserdampf, CO2 und/oder N2, etc.), Luft, die zur Veränderung der Sauerstoffkonzentration modifiziert ist, und eine Kombination von beliebigen der Vorstehenden mit angesaugtem Erdgas, ein.
1 zeigt eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Mischstruktur 100, die zur Verwendung in einem Zylinder eines Motors eingerichtet ist. 2 zeigt eine geschnittene Teilansicht der in 1 veranschaulichten Mischstruktur. Die Mischstruktur kann von einem Körper 102 gebildet sein, der einen oder mehrere Innenräume oder zentral angeordnete Volumina 124 aufweist, die eine zentrale Achse ZC umgeben. Der Körper erstreckt sich entlang der zentralen Achse ZC von einer Kraftstoffinjektorseite 104 bis zu einer gegenüberliegenden Kolbenseite 106. Die Kraftstoffinjektorseite kann in einem installierten und betriebsfähigem Zustand einem Kraftstoffinjektor zugewandt sein, so dass sie in Koordination mit der Einsatzanordnung Kraftstoff in den Zylinder injiziert. Die Kolbenseite kann dem Boden oder Kolbenkopf desselben Zylinders zugewandt sein.
Die Mischstruktur kann mit dem Kolbenboden oder Zylinderkopf verbunden oder gekoppelt sein. Der Körper kann mit einem Zylinderkopf verbunden oder gekoppelt sein und stationär bleiben, während ein Kolben in dem Zylinder sich relativ zu der Mischstruktur, dem Kraftstoffinjektor und dem Zylinderkopf bewegt. In einer Ausführungsform kann der Körper an dem Boden des Kolbens (zum Beispiel dem Ende des Kolbens, der sich am nächsten an dem Kraftstoffinjektor befindet) angebracht sein, und sich während eines Betriebs des Kolbens zu dem Kraftstoffinjektor und dem Zylinderkopf hin und von diesen wegbewegen.
In einer Ausführungsform kann der Körper einen Stufenabschnitt 108 und einen zweiten Abschnitt 110 enthalten, die sich in Richtungen entlang der zentralen Achsen ZC erstrecken. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die obere Stufe einen kleineren Außenumfang als der Außenumfang des unteren Abschnitts auf. Die Stufe kann sich in Radialrichtung (relativ zu der zentralen Achse ZC) von einer Innenfläche 112 bis zu einer gegenüberliegenden distalen Außenfläche 114 erstrecken, und der zweite Abschnitt kann einen Ringraum definieren und sich radial (relativ zu der zentralen Achse ZC) von einer Innenfläche 116 bis zu einer gegenüberliegenden distalen Außenfläche 118 erstrecken. Die Außenfläche des zweiten Abschnitts kann von der zentralen Achse ZC weiter weg angeordnet sein als die Außenfläche der oberen Stufe. In weiteren Ausführungsformen weist/weisen die obere Stufe und/oder der zweite Abschnitt eine Außenfläche auf, die sich in einer anderen Entfernung zu der zentralen Achse ZC befinden kann; oder die Innenfläche des zweiten Abschnitts kann von der zentralen Achse ZC weiter weg positioniert sein als die Innenfläche der oberen Stufe. Der Übergang zwischen dem Stufenabschnitt und dem zweiten Abschnitt kann glatt sein oder ein Textur- oder Oberflächenprofil aufweisen; und er kann unter einem 90-Grad-Winkel relativ zu wenigstens einem von dem Stufenabschnitt oder dem zweiten Abschnitt ausgerichtet sein oder kann ein lineares Profil aufweisen und unter ungefähr 45 Grad zu dem Außenumfang hin oder von diesem weg ausgerichtet sein; und der Übergang kann ein nichtlineares Profil aufweisen und in einer konvexen oder konkaven Weise gebogen oder gewellt sein. In einer Ausführungsform kann wenigstens ein Segment der Oberfläche des Stufenabschnitts eingerichtet sein, um Abgas aus der Innenseite des Zylinders zu einem nahen Auslassventil zu leiten. In einer Ausführungsform kann wenigstens ein weiteres Segment der Oberfläche des Stufenabschnitts eingerichtet sein, um eine Ansauggasströmung (oder Ansauggas und Erdgas für einen mit mehreren Kraftstoffen arbeitsfähigen Motor) zu dem Zylinder zu beeinflussen oder zu steuern. Die Konfiguration dieser und anderer Aspekte der Topologie haben unterschiedliches Auswirkungsmaß auf sehr viele Leistungsfaktoren. An sich kann die Auswahl und Kombination der Konfigurationsfaktoren mit Bezug auf den Motortyp, Kraftstofftyp, die Zylinder-/Kolbengröße, Arbeitszyklus des Motors, Vorschriften bezüglich Emissionen, Kraftstoffverbrauchswerte, AGR-Raten, die Verwendung von mit mehreren Kraftstoffen arbeitsfähigen Systemen und dergleichen ausgewählt werden. Während einige spezielle Kombinationen von Merkmalen hierin als Beispiele angegeben sind, können andere Kombinationen in Verbindung mit für die erfindungsgemäße Vorrichtung externen Merkmalen verwendet werden, um in speziellen Anwendungen gewünschte Ergebnisse zu erzielen.
Der Stufenabschnitt und der zweite Abschnitt können über einen oder mehrere Gaskanäle 101 miteinander verbunden sein. In der veranschaulichten Ausführungsform können die Gaskanäle ausgehend von Oberflächen einer oder mehrerer Kühlrippen 120 integral ausgebildet oder durch diese definiert sein. Die Rippen können in Umfangsrichtungen, die die zentrale Achse ZC umgeben, voneinander beabstandet sein. Die Rippen erstrecken sich von der Innenfläche der oberen Stufe in Radialrichtung zu der Außenfläche der oberen Stufe. In der veranschaulichten Ausführungsform weisen die Rippen jeweils eine gewellte oder wellenförmige Gestalt oder Konfiguration auf. Diese Gestalt kann die Oberfläche der Rippen (zum Beispiel im Vergleich zu flachen oder nicht gewellten Rippen) erhöhen und eine stärkere Wechselwirkung zwischen heißen Gasen und den Oberflächen der Rippen für eine größere Wärmeübertragung der Gase, wie hierin beschrieben, schaffen.
In einer weiteren Ausführungsform können andere Rippen eine andere Gestalt, Größe der Dicke haben. Zum Beispiel können einige andere Rippen eine im Wesentlichen flache Gestalt mit einer glatten Oberfläche aufweisen. Ein glatter Oberflächenzustand kann helfen, den Druckabfall über der Länge der Rippe zu reduzieren. In weiteren Ausführungsformen kann die Rippenoberfläche mehrere Vorsprünge definieren, die sich von den Oberflächen der Rippen weg in die Gaskanäle hinein erstrecken, und/oder sie können Vertiefungen oder Rillen definieren, die sich nach innen, in die Oberflächen der Rippen hinein, von den Gaskanälen weg erstrecken. Die Gestalt der Rippen, die Anzahl, der Abstand, die Anordnungsgröße und das Profil der Vorsprünge und/oder der Vertiefungen und/oder Rillen und der Winkel, die Oberflächenbehandlung und die Oberflächeneigenschaften jeder Rippe können das Verhalten und die Strömungspfade des Gases beeinflussen, das von der Außenseite der Mischstruktur aus in das zentrale Volumen der Mischstruktur hinein durch die Gaskanäle aufgenommen wird.
Der zweite Abschnitt des Körpers kann mehrere Kraftstoff-Gas-Mischleitungen 122 enthalten. Diese Mischleitungen erstrecken sich von der Innenfläche des zweiten Abschnitts zu der Außenfläche des zweiten Abschnitts. Die Mischleitungen können als quer verlaufende Winkel in Bezug auf die zentrale Achse ZC ausgerichtet sein. Zum Beispiel können die zentralen Achsen der Mischleitungen unter einem spitzen Winkel ausgerichtet sein, der mehr als 10 Grad und weniger als 90 Grad in Bezug auf die zentrale Achse ZC betragen kann, wobei die Mischleitungen von der oberen Stufe weg gewinkelt sind. In einer Ausführungsform können die zentralen Achsen der anderen Mischleitungen unter einem anderen Winkel, wie etwa 90 Grad oder einem stumpfen Winkel, relativ zu der zentralen Achse ZC ausgerichtet sein. Es gibt mehrere Mischleitungen, die in den 1 und 2 veranschaulicht sind (obwohl nur zwei bezeichnet sind). Die Mischleitungen können um die zentrale Achse ZC herum symmetrisch verteilt oder angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen ist eine andere Anzahl von Mischleitungen vorgesehen, wobei zum Beispiel eine einzige Mischleitung verwendet werden kann. Die veranschaulichten Mischleitungen weisen eine zylindrische Gestalt auf, wobei alternative geeignete Formen eine fächerförmige Gestalt, eine konische Gestalt, eine polygonale Gestalt, eine quadratische Querschnittsgestalt, eine rechteckige Querschnittsgestalt, eine andere polygonale Querschnittsgestalt, eine ovale Querschnittsgestalt und dergleichen umfassen können.
In jeder beliebigen der hierin vorgesehenen Ausführungsformen können die Gaskanäle und/oder die Kraftstoff-Gas-Mischleitungen um die zentrale Achse ZC herum und relativ zu dieser radial symmetrisch verteilt sein, so dass eine gleiche Anzahl von radialen Abständen zwischen jedem benachbarten Paar von Kanälen oder Leitungen vorhanden ist (das heißt, der radiale Abstand zwischen einem Kanal oder einer Leitung und seinen/ihren nächsten zwei Nachbarkanälen oder -leitungen auf jeder Seite ist gleich dem radialen Abstand zwischen allen anderen Kanälen oder Leitungen und ihren jeweiligen nächsten beiden Nachbarkanälen oder -leitungen auf jeder Seite). Ferner kann in jeder der Ausführungsformen eine Gesamtzahl der Kanäle gleich einer Gesamtzahl von Leitungen sein oder sich von dieser unterscheiden. Ferner kann der radiale Abstand zwischen benachbarten Kanälen gleich dem radialen Abstand zwischen benachbarten Leitungen sein oder sich von diesem unterscheiden. In einer Ausführungsform ist eine größere Gesamtanzahl an Gaskanälen als Kraftstoff-Gas-Mischleitungen vorhanden, und die Gaskanäle sind radial enger voneinander beabstandet als die Kraftstoff-Gas-Mischleitungen.
In einer Ausführungsform kann der Körper den Stufenabschnitt enthalten und dadurch den Abstand zwischen den Mischleitungen und dem Kraftstoffinjektor vergrößern, während gleichzeitig ein Kontakt zwischen dem Körper und einem oder mehreren Ventilen des Kraftstoffinjektors vermieden wird. Ohne den Stufenabschnitt würde die Umfangsgröße des am nächsten an dem Kraftstoffinjektor befindlichen Körpers viel größer sein. Dies könnte bewirken, dass der Einsatz mit den Ventilen des Zylinderkopfs in Kontakt gelangt oder den Betrieb der Ventile des Zylinderkopfes stört.
In einer Ausführungsform kann die Mischstruktur unter Verwendung additiver Fertigung erzeugt werden. Zum Beispiel können wenigstens die Rippen der Kühlanordnung unter Verwendung eines dreidimensionalen Drucksystems gebildet werden. In einer Ausführungsform kann die Mischstruktur aus einem größeren Körper geschnitten oder in einer anderen Weise maschinell hergestellt werden. Geeignete Materialien für die Mischstruktur können ein wärmeleitendes Material sein. In einer Ausführungsform kann die Mischstruktur aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Mischstruktur eine Keramik oder ein Cermet (zum Beispiel ein Gemisch aus einer oder mehreren Keramiken und einem oder mehreren Metall) oder ein keramischer Matrixverbundwerkstoff sein. Die Mischstruktur kann gegebenenfalls kein homogenes Material sein. In einer Ausführungsform unterscheidet sich das Oberflächenmaterial von dem inneren Material. Dies kann während des Herstellungsprozesses bewerkstelligt werden, oder es kann durch Beschichtung oder Behandlung der Oberfläche der Mischstruktur erzielt werden. Beschichtungen können verschleißbeständige Materialien (wie etwa diamantartige Beschichtungen (DLC) umfassen oder können aktiv (beispielsweise Katalysatoren) sein, um das Verbrennungsereignis selbst zu beeinflussen.
3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht der in den 1 und 2 veranschaulichten Mischstruktur, wie sie mit einem Zylinderkopf 300 eines Motorzylinders 302 in einem Motor gekoppelt ist, gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes. 4 veranschaulicht eine weitere Querschnittsansicht der in den 1 und 2 veranschaulichten Struktur, die mit dem Zylinderkopf des in 3 veranschaulichten Zylinders gekoppelt ist, gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands.
Die Mischstruktur kann an dem Zylinderkopf an einer Stelle zwischen einem Kraftstoffinjektor 304 und einer Krone 306 eines Kolbens 308 in dem Zylinder befestigt sein. Der Kolben bewegt sich während eines Betriebs des Motors in Richtung des Kraftstoffinjektors und von diesem weg oder auf und ab in der Perspektive der 3 und 4. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Mischstruktur stationär sein, da die Mischstruktur an dem Zylinderkopf montiert oder in sonstiger Weise befestigt sein kann. Der Kolben bewegt sich zu sowohl dem Kraftstoffinjektor als auch der stationären Mischstruktur hin und von diesen weg. In einer Ausführungsform kann die Mischstruktur oder Kühlanordnung an der Krone des Kolbens derart befestigt oder in sonstiger Weise angekoppelt oder in diese aufgenommen sein, dass sich die Mischstruktur gemeinsam mit dem Kolben in Richtung des Kraftstoffinjektors und von diesem weg bewegt.
Im Betrieb injiziert der Kraftstoffinjektor einen oder mehrere Kraftstoffströme 400 in das zentrale Volumen des Mischstrukturkörpers hinein. Während eines Betriebs strömen die Kraftstoffströme aus dem Kraftstoffinjektor durch das (in 1 veranschaulichte) zentrale Volumen der Mischstruktur hindurch. Der dem Kraftstoffinjektor zugeführte Druck kann bewirken, dass der gesamte oder im Wesentlichen gesamte Kraftstoff (z.B. wenigstens 90% von diesem) durch die Mischleitungen hindurchtritt (nachdem er sich mit Gasen vermischt, wie hierin beschrieben).
Während der Kraftstoff in das innere Volumen des Körpers einströmt, zieht der strömende Kraftstoff Gase 402 durch die Mischstruktur ein. Die Gase, die relativ heiß sein können, können durch die Gaskanäle zwischen den Rippen derart eingezogen werden, dass sich die heißen Gase von der Außenseite der Mischstruktur aus nach innen, durch die (z.B. zwischen den) Rippen und in das zentrale Volumen der Mischstruktur hinein bewegen. Die Rippen ermöglichen den Heißgasen, von der Außenseite des Körpers der Mischstruktur aus zu der Innenseite des Stufenabschnitts und des zweiten Abschnitts (z.B. entlang radialer Richtungen zu der zentralen Achse ZC hin) zu passieren. In einer Ausführungsform treten die gesamten oder im Wesentlichen gesamten Gase, die in das innere Volumen des Körpers eingezogen werden, durch die Gaskanäle zwischen den Rippen hindurch, ohne dass oder wobei wenig bis keine (z.B. nicht mehr als 10%) Gase in das zentrale Volumen hinein durch die Kolbenseite oder Injektorseite der Mischstruktur hindurch eingezogen werden.
Jede Rippe kann als eine Wärmesenke funktionieren, um thermische Energie zu übertragen. In einer Ausführungsform kann die thermische Energie aus den Heißgasen heraus übertragen werden. Die wenigstens teilweise gekühlten Gase werden dann in der Kraftstoffströmung in dem zentralen Volumen mitgerissen, um ein Kraftstoff-Gas-Gemisch 401 innerhalb des zentralen Volumens des Körpers zu bilden. Dieses Kraftstoff-Gas-Gemisch kann gebildet werden, bevor der Kraftstoff oder das Gas in den Brennraum des Zylinders eintritt. Der Kraftstoff und das Gas vermischen sich, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu bilden, das über eine oder mehrere der Mischleitungen aus der Mischstruktur heraus strömt. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch strömt anschließend in den Brennraum des Zylinders hinein. Dieses Kraftstoff-Gas-Gemisch kann kühler als die Kraftstoff-Gas-Gemische sein, die nicht durch die Mischstruktur strömen oder sich innerhalb dieser vermischen, was eine Zündung innerhalb der Kammer des Zylinders verzögern und eine Rußbildung verhindern oder reduzieren kann, wie hierin beschrieben.
Optional können die Mischleitungen ausgerichtet sein, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch weiter in den Brennraum des Zylinders zu leiten, so dass das Kraftstoff-Gas-Gemisch (z.B. verglichen mit einer Leitung des Kraftstoffs und des Gases in den Brennraum hinein ohne Vermischung des Kraftstoffs mit dem Gas unter Verwendung der Mischstruktur) weiter in den Brennraum eindringt. Zum Beispiel kann eine Vermischung des Kraftstoffs mit dem Gas in dem Körper und eine anschließende Leitung des Kraftstoff-Gas-Gemisches in den Brennraum unter Verwendung der Leitungen die Kombination aus Masse und Geschwindigkeit des Gemischstrahls im Vergleich zu der Masse und der Geschwindigkeit, die der Kraftstoff und der Gasstrahl ohne eine Vorvermischung des Kraftstoffs mit dem Gas in der Mischstruktur gesondert haben würden, verändern. Zum Beispiel kann der Strahl mit der Mischstruktur mehr begrenzt (z.B. schmäler) sein, als der Strahl ohne die Mischstruktur sein würde. Außerdem kann der Strahl eine geringere anfängliche Massenmitnahme, jedoch eine höhere Geschwindigkeit im Vergleich zu dem Strahl ohne die Mischstruktur haben. Ohne eine Mischstruktur könnte der Strahl mehr Gase früher in dem Strömungspfad mitreißen, die eine hohe Masse in dem Bereich des Sprühstrahls haben würden, und das Verteilen des Sprühstrahls würde zu einer geringeren Geschwindigkeit und eine geringeren Eindringung in den Zylinder führen. Die konzentriertere, höhere Geschwindigkeit des Gemisches durch die Struktur veranlasst das Gemisch, weiter in den Brennraum hinein bis zu Stellen einzutreten, die weiter von der Struktur entfern (im Vergleich zur fehlenden Verwendung der Struktur) sein können. Wenn die Eindringung des Gemisches in den Brennraum steigt, kann eine Rußoxidation innerhalb des Brennraums verstärkt werden, was die Menge an Ruß in dem Motorzylinder beseitigen oder reduzieren kann.
Die Leitungen können als Durchgänge mit kontinuierlichen Wänden veranschaulicht sein, die nur an den gegenüberliegenden Enden der Leitungen offen sein können. In einer Ausführungsform kann eine oder können mehrere (oder alle) der Leitungen, Perforierungen, Löcher oder Schlitze enthalten, die entlang der Länge der Leitungen verteilt sind. Diese Perforierungen oder Löcher können entlang der Längen der Leitungen radial verteilt sein, so dass die Perforierungen oder Löcher sich an unterschiedlichen radialen Abständen zu der Achse ZC befinden können. Die Löcher oder Perforierungen können es ermöglichen, dass zusätzliches Gas in die Leitungen eingezogen, mit dem Kraftstoff vermischt und gekühlt wird, bevor es in den Zylinder geleitet wird. Die Einrichtung, Positionierung, Größe und der Winkel der Löcher oder Perforierungen können das Kraftstoff-Gas-Verhältnis des Gemisches über das zugegebene Gasvolumen und das Maß an Homogenität des Gemisches über den Mischeffekt, der durch die Wirkung der strömenden Gasströme hervorgerufen wird und die Ausrichtung des Gemisches relativ zu den Innenwänden der Leitung durch Erzeugung einer Pufferschicht entlang der Wand beeinflussen (d.h. der Gemischstrom kann konzentrisch durch die Leitung bewegt werden, ohne dass er mit den Seiten in Kontakt steht). Eine laminare Strömung der Gase kann parallel zu dem Gemischstrom strömen und den Gemischstrom in Richtung der Mitte der Leitung drängen.
In einer Ausführungsform können die Mischleitungen durch eine oder mehrere freigelegte innere Oberflächen definiert sein, die sich durch den Körper hindurch erstrecken. Diese inneren Oberflächen können in den 1 und 2 zylindrische Oberflächen sein, können jedoch in anderen Ausführungsformen eine andere Gestalt aufweisen. Die Gestalt kann basierend wenigstens zum Teil von anwendungsspezifischen Parametern ausgewählt sein. Zum Beispiel können diese Oberfläche eine konische Gestalt haben, so dass die Größen der Öffnungen der Leitungen an der äußeren Oberfläche größer sein können als die Größen der Öffnungen der Leitungen an der inneren Oberfläche. Als ein weiteres geeignetes Konfigurationsbeispiel können die Oberflächen eine konische Gestalt haben, wobei die Größen der Öffnungen der Leitungen an der äußeren Oberfläche kleiner sind als die Größen der Öffnungen der Leitungen an der inneren Oberfläche. In verschiedenen Ausführungsformen können die Oberflächen glatte Oberflächen sein, oder sie können Vorsprünge oder Vertiefungen aufweisen. Die Vorsprünge oder Vertiefungen können die Strömungspfade der Kraftstoff-Gas-Gemische durch die Leitungen verändern, um Merkmale der Strömung, wie etwa, wie weit die Kraftstoff-Gas-Gemische in den Brennraum des Motorzylinders eindringen, oder den Grad an Turbulenz und/oder Vermischung, zu steuern. Dies kann das Maß verändern, indem eine turbulente Strömung anstatt einer laminaren oder Pfropfenströmung des Gemisches vorliegt. Optional können die Vertiefungen oder Vorsprünge eine Vermischung der Gase und des Kraftstoffs miteinander unterstützen, indem sie eine turbulentere Strömung der Gase und/oder des Kraftstoffs hervorrufen, die das Maß, indem die Gase und der Kraftstoff in den Gemischen gleichmäßiger miteinander vermischt sind, vergrößern.
Geeignete Leitungen können auch lineare zylindrische Formen haben. Zum Beispiel kann jede Leitung um eine lineare Achse herum oder entlang dieser zentriert sein. In einer Ausführungsform kann eine oder können mehrere der Leitungen eine gekrümmte Form haben. Zum Beispiel können die Leitungen gekrümmte Formen haben, so dass die Leitungen um gekrümmte Achsen herum mit demselben oder unterschiedlichem Krümmungsradius zentriert sein können.
Die Gestalt der Leitungen, die Größe der Leitungen, die linearen oder gekrümmte Pfade der Leitungen, das Vorhandensein von Vorsprüngen und/oder Vertiefungen in den Leitungen und/oder Perforierungen oder Löcher, die sich zu den Leitungen erstrecken, können den Impuls und/oder die Richtung und/oder den Drehimpuls, in die bzw. mit dem das Kraftstoff-Gas-Gemisch aus der Mischstruktur austritt, beeinflussen. Ein oder mehrere dieser Parameter können für Mischstrukturen, die für verschiedene Kraftstofftypen, für verschiedene Gastemperaturen, für verschiedene Motoren, für verschiedene Zylinder oder dergleichen verwendet werden, variiert oder verändert werden, um zu steuern, wie weit das Kraftstoff-Gas-Gemisch die Brennräume der Motorzylinder durchdringt.
5 zeigt eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur 500 für einen Zylinder eines Motors. Die Mischstruktur kann optional als eine Rußreduktionsanordnung bezeichnet werden, weil die Mischstruktur die Gase kühlt, die in den in den Zylinder injizierten Kraftstoff mitgerissen werden können, wodurch eine Zündung verzögert und die Menge an erzeugten Ruß reduziert oder die Erzeugung von Ruß verhindert wird. Außerdem kann die Mischstruktur das Kraftstoff-Gas-Gemisch weiter in den Brennraum eines Motorzylinders hineinleiten. Dies kann mehr Ruß oxidieren.
Die in 5 veranschaulichte Mischstruktur weist einige Merkmale auf, die der in den 1 und 2 veranschaulichten Mischstruktur ähnlich oder mit dieser identisch sind. Die Mischstruktur kann aus einem Körper 502 gebildet sein, der eine Gestalt aufweist, die sich um eine zentrale Achse ZC in dem mittleren oder zentralen Volumen herum erstreckt. Während verschiedene Mischstrukturen veranschaulicht sein können, wie sie ein einziges zentrales Volumen aufweisen, können die Mischstrukturen in einer Ausführungsform eine oder mehrere innere Wände enthalten, die die zentralen Volumina in zwei oder mehrere kleinere zentrale Volumina unterteilen.
Der Körper erstreckt sich entlang der zentralen Achse ZC von der Kraftstoffinjektorseite 104 zu der gegenüberliegenden Kolbenseite, wie vorstehend beschrieben. Der Körper der Mischstruktur kann an einem Zylinderkopf angebracht sein oder kann an der Krone des Kolbens angebracht sein und sich während eines Betriebs des Kolbens zu dem Kraftstoffinjektor und dem Zylinderkopf hin und von diesen weg bewegen.
Der Körper kann die obere Stufe und den zweiten Abschnitt enthalten. Im Unterschied zu der Mischstruktur enthält der Körper der Mischstruktur keine Rippen zwischen dem Stufenabschnitt und dem Abschnitt oder irgendwelcher Luftdurchgänge, die sich durch den Stufenabschnitt hindurch in Radialrichtung erstrecken. Stattdessen können der obere Stufenabschnitt und der zweite Abschnitt durch eine feste Wand 526 miteinander verbunden sein. Wie vorstehend beschrieben, kann der zweite Abschnitt eine oder mehrere Mischleitungen enthalten.
Während eines Betriebs injiziert der Kraftstoffinjektor den Kraftstoff in das zentrale Volumen der Mischstruktur hinein. Der strömende Kraftstoff zieht die heißen Gase durch die Mischstruktur ein. Die heißen Gase können in das zentrale Volumen eingezogen werden und vermischen sich mit dem Kraftstoff innerhalb des zentralen Volumens, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu bilden. Dieses Gemisch kann aus der Mischstruktur heraus und in den Brennraum des Zylinders hinein durch die Mischleitungen hindurch geleitet werden. Der Körper der Mischstruktur kann als eine Wärmesenke funktionieren, um thermische Energie aus den Heißgasen zu ziehen und die Gase vor, während und/oder nach einer Vermischung der Gase mit dem Kraftstoff im inneren des zentralen Volumens zu kühlen. Die wenigstens teilweise gekühlten Gase werden dann in der Kraftstoffströmung in dem zentralen Volumen mitgerissen und strömen als das Kraftstoff-Gas-Gemisch über eine oder mehrere der Leitungen aus der Mischstruktur heraus. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch strömt anschließend in den Brennraum des Zylinders hinein. Dieses Kraftstoff-Gas-Gemisch kann kühler als die Kraftstoff-Gas-Gemische sein, die nicht durch die Mischstruktur strömen oder sich nicht innerhalb dieser vermischen, was eine Zündung im Inneren der Kammer des Zylinders verzögern kann. Eine verzögerte Zündung kann eine Rußbildung verhindern oder reduzieren, wie hierin beschrieben.
6 zeigt eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur 600 für einen Zylinder eines Motors. Wie hierin erwähnt, können Ausführungsformen der Mischstruktur optional als eine Rußreduktionsanordnung bezeichnet werden. In derartigen Ausführungsformen kann die Mischstruktur die Gase kühlen, die in den in den Zylinder injizierten Kraftstoff mitgerissen werden können, wodurch eine Zündung verzögert und die Menge an erzeugtem Ruß reduziert oder eine Rußerzeugung verhindert wird. Außerdem kann die Mischstruktur das Kraftstoff-Gas-Gemisch weiter in den Brennraum eines Motorzylinders hineinleiten, um mehr Ruß zu oxidieren.
Die Mischstruktur kann aus einem Körper 602 gebildet werden, der eine Gestalt aufweist, die sich um eine zentrale Achse ZC in einem oder mehreren zentralen Volumina erstreckt (die in 6 nicht sichtbar sind, jedoch identisch mit oder ähnlich dem zentralen Volumen geformt sind). Der Körper erstreckt sich entlang der zentralen Achse ZC von einer Kraftstoffinjektorseite 604 aus bis zu einer gegenüberliegenden Kolbenseite 606. Die Kraftstoffinjektorseite ist einem Kraftstoffinjektor zugewandt, der Kraftstoff in den Zylinder hinein injiziert, dem die Mischstruktur zugeordnet sein kann. Die Kolbenseite ist der Krone des Kolbens in demselben Zylinder zugewandt.
Der Körper kann ein einstückiger Körper sein, wie etwa ein Körper sein, der als ein einziger, kontinuierlicher Körper gedruckt sein kann. Zum Beispiel kann der Körper ein monolithischer Körper sein, der aus einem einzigen Materialkörper gebildet und nicht aus zwei oder mehreren Stücken, die miteinander verbunden sind, gebildet ist. Der einstückige Körper kann gegebenenfalls keine Nähte oder Grenz- bzw. Verbindungsstellen aufweisen, die existieren würden, falls der Körper durch zwei oder mehrere miteinander verbundene Stücke gebildet wäre, wobei Nähte oder Grenz- bzw. Verbindungsstellen an den Stellen vorhanden sein würden, an denen die Stücke miteinander verbunden werden. Alternativ kann der Körper aus zwei oder mehreren gesonderten Teilen gebildet sein.
Der Körper der Mischstruktur kann an einem Zylinderkopf angebracht sein (weil der Kraftstoffinjektor ebenfalls an dem Zylinderkopf angebracht ist) und stationär bleiben, während ein Kolben in dem Zylinder sich in Bezug auf die Mischstruktur, den Kraftstoffinjektor und den Zylinderkopf bewegt. In einer Ausführungsform kann der Körper an der Krone des Kolbens (zum Beispiel dem Ende des Kolbens, der sich am nächsten an dem Kraftstoffinjektor befinden kann) angebracht sein, und er kann sich während eines Betriebs des Kolbens in Richtung des Kraftstoffinjektors und des Zylinderkopfes und von diesen weg bewegen. In einer alternativen Ausführungsform kann der Körper aus zwei oder mehreren gesonderten (zum Beispiel nicht verbundenen) Teilen gebildet sein, wobei ein Teil mit der Oberseite des Kolbens gekoppelt ist und ein anderer Teil mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist.
Der Körper kann einen oberen Abschnitt 608 (mit der Stufe) und einen zweiten Abschnitt 610 enthalten, die entlang der zentralen Achse ZC voneinander beabstandet sind. Der obere Abschnitt kann einen zylindrischen Abschnitt oder Teil 628 (zum Beispiel die Stufe) und einen konischen Abschnitt oder Teil 630 enthalten. Der zylindrische Abschnitt weist eine äußere Oberfläche 614 auf, die sich in oder ungefähr in (zum Beispiel innerhalb von Herstellungs- oder Drucktoleranzen) demselben radialen Abstand von der zentralen Achse ZC entfernt befindet. Der konische Abschnitt weist eine Konusgestalt auf, die sich von der zentralen Achse ZC weiter weg an Stellen erstreckt, die von dem zylindrischen Abschnitt weiter entfernt sein können. Der konische Abschnitt weitet sich von der zentralen Achse ZC aus nach außen oder weg auf. Zum Beispiel kann die äußere Oberfläche des Körpers an dem Ende des konischen Abschnitts, der den zylindrischen Abschnitt schneidet, näher an der zentralen Achse ZC als das gegenüberliegende Ende des konischen Abschnitts angeordnet sein.
Der zweite Abschnitt weist ebenfalls eine konische Gestalt auf, die sich von der zentralen Achse ZC weg aufweitet. Der konische Abschnitt des oberen Abschnitts und der konische Abschnitt bilden konzentrische Konen oder Abschnitte von Konen, die auf oder entlang der zentralen Achse ZC zentriert sein können. Die Abschnitte können über einen oder mehrere Abstandshalter 620 miteinander verbunden sein. In der veranschaulichten Ausführungsform können die Abstandshalter Säulen sein, die sich von einer Bodenfläche 638 des konischen Abschnitts des oberen Abschnitts aus bis zu einer gegenüberliegenden oberen Oberfläche 640 des konischen Abschnitts erstrecken.
Die zylindrische Stufe des oberen Abschnitts kann mehrere der Rippen enthalten, die in der Umfangsrichtung, die die zentrale Achse ZC umgibt, voneinander beabstandet sein können, um die Gasdurchgänge oder -kanäle zu bilden. Die Rippen erstrecken sich von der inneren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts des oberen Abschnitts aus in Radialrichtung bis zu der gegenüberliegenden äußeren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts des oberen Abschnitts.
Im Betrieb injiziert der Kraftstoffinjektor den Kraftstoff in das innere Volumen der Mischstruktur hinein. Der strömende Kraftstoff zieht die heißen Gase durch Gaskanäle hindurch und in die Mischstruktur hinein. Alle oder im Wesentlichen alle Gase, die in das zentrale Volumen eingesaugt werden, können in einer Ausführungsform durch die Gaskanäle eingezogen werden. Die heißen Gase können durch die Kraftstoffströmung in das zentrale Volumen hinein durch die Gaskanäle zwischen den Rippen eingezogen werden.
Die Rippen funktionieren als Wärmesenken, um thermische Energie aus den heißen Gasen herauszuziehen und die Gase zu kühlen, ähnlich wie vorstehend in Verbindung mit der Ausführungsform der in den 1 bis 4 veranschaulichten Mischstruktur beschrieben. Die wenigstens teilweise gekühlten Gase werden anschließend in der Kraftstoffströmung in der zentralen Öffnung mitgerissen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch innerhalb des zentralen Volumens der Mischstruktur zu bilden. Dieses Gemisch strömt anschließend über einen Zwischenraum 601 zwischen der Bodenfläche des konischen Abschnitts des oberen Abschnitts und der oberen Fläche des konischen Abschnitts aus der Mischstruktur heraus. In einer Ausführungsform kann ein Teil des Gemisches aus einer zentralen Öffnung 603 (in 8 veranschaulicht) herausströmen, die mit dem zentralen Volumen strömungsmäßig verbunden ist und die die konischen Abschnitte umschließen. Alternativ kann ein Teil des in die zentrale Öffnung einströmenden Gases, das mit dem Kraftstoff mitgeführt wird, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu bilden, in die zentrale Öffnung von der Außenseite der Mischstruktur aus durch die zentrale Öffnung eintreten.
Das Kraftstoff-Gas-Gemisch strömt dann in den Brennraum des Zylinders hinein. Dieses Kraftstoff-Gas-Gemisch kann kühler als die Kraftstoff-Gas-Gemische sein, die nicht durch die Mischstruktur strömen oder sich nicht innerhalb dieser vermischen, was eine Zündung im Inneren der Kammer des Zylinders verzögern und eine Rußbildung verhindern oder reduzieren kann wie hierin beschrieben.
In einer Ausführungsform kann die Mischstruktur einen Auslass aufweisen, durch den das Kraftstoff-Gas-Gemisch den Körper der Mischstruktur verlässt, der ein kontinuierlicher oder nahezu kontinuierlicher Kreis sein kann. Im Gegenzug dazu lasten einige andere Ausführungsformen das Kraftstoff-Gas-Gemisch aus den Mischstrukturen durch gesonderte und voneinander beabstandete Leitungen austreten, und in Folge dessen kommen mehrere Schwaden des Kraftstoff-Gas-Gemisches aus den Mischstrukturen an diskreten Positionen entlang des äußeren Randes oder Umfang des zweiten Abschnitts der Strukturen heraus. Die konzentrischen Konen in dem Körper der Mischstruktur leiten das Kraftstoff-Gas-Gemisch, damit es den Körper entlang des gesamten oder im Wesentlichen gesamten (zum Beispiel wenigstens 90% des äußeren Randes oder Umfangs des konischen Abschnitts verlässt. Die Abstandshalter 620 können die Strömung des Kraftstoff-Gas-Gemisches aus dem Körper heraus an entsprechenden Stellen stören oder teilweise blockieren. Jedoch kann das Kraftstoff-Gas-Gemisch über den Rest des äußeren Randes oder Umfangs des konischen Abschnitts strömen. Dies kann das Kraftstoff-Gas-Gemisch über ein größeres Volumen verteilen, bevor es in den Brennraum des Motorzylinders eintritt, was das Kraftstoff-Gas-Gemisch für die Reduktion oder Beseitigung der Rußerzeugung weiter kühlen kann.
In einer Ausführungsform können der obere Abschnitt und der untere (konische) Abschnitt gesonderte Körper sein. Zum Beispiel können die Abstandshalter, Säulen oder Verbinder mit einem von dem oberen Abschnitt oder dem konischen Abschnitt, jedoch nicht mit beiden fest verbunden sein. Stattdessen können die Abstandshalter an dem oberen Abschnitt oder dem konischen Abschnitt, jedoch nicht mit dem anderen von dem konischen Abschnitt oder dem oberen Abschnitt fixiert sein. Der obere Abschnitt kann mit dem Zylinderkopf gekoppelt sein, während der konische Abschnitt mit der Krone des Kolbens gekoppelt sein kann. Die Abschnitte 608, 610 können in Kontakt miteinander oder in enger Nähe zueinander gebracht werden, wenn sich der Kolben in Richtung des Kraftstoffinjektors bewegt (und der Kraftstoffinjektor Kraftstoff in die Mischstruktur hinein injiziert). Die Abschnitte 608, 606 können voneinander getrennt werden, wenn sich der Kolben von dem Kraftstoffinjektor weg bewegt.
7 zeigt eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur 700 für einen Zylinder eines Motors. Dies Mischstruktur kann als eine Rußreduktionsanordnung bezeichnet werden, weil die Mischstruktur die Gase kühlt, die in den Zylinder indizierten Kraftstoff mitgerissen werden, wodurch eine Zündung verzögert und die Menge an erzeugtem Ruß reduziert oder eine Rußerzeugung verhindert wird. Außerdem kann die Mischstruktur das Kraftstoff-Gas-Gemisch weiter in den Brennraum eines Motorzylinders hineinleiten, um mehr Ruß zu oxidieren.
Die Mischstruktur kann aus einem Körper 702 gebildet werden, der eine Gestalt aufweist, die sich um eine zentrale Achse ZC herum in dem zentralen Volumen erstreckt. Der Körper erstreckt sich entlang der zentralen Achse ZC von der Kraftstoffinjektorseite bis zu der gegenüberliegenden Kolbenseite, wie vorstehend in Verbindung mit der Mischstruktur beschrieben. Die Kraftstoffinjektorseite ist einem Kraftstoffinjektor zugewandt, der einen Kraftstoff in den Zylinder injiziert, dem die Mischstruktur zugeordnet sein kann. Die Kolbenseite ist der Krone des Kolbens in demselben Zylinder zugewandt.
Der Körper der Mischstruktur kann an einem Zylinderkopf angebracht sein (wobei der Kraftstoffinjektor ebenfalls an dem Zylinderkopf angebracht ist) und stationär bleiben, während sich ein Kolben in dem Zylinder relativ zu der Mischstruktur, dem Kraftstoffinjektor und dem Zylinderkopf bewegt. In einer Ausführungsform kann der Körper an der Krone des Kolbens (zum Beispiel dem Ende des Kolbens, das dem Kraftstoffinjektor am nächsten sein kann) angebracht sein und sich während eines Betriebs des Kolbens in Richtung des Kraftstoffinjektors und des Zylinderkopfes und von diesen wegbewegen.
Der Körper kann einen oberen Abschnitt 708 enthalten, der auf einer Kombination aus der oberen Stufe der in 5 veranschaulichten Mischstruktur und des oberen Abschnitts der in 6 veranschaulichten Mischstruktur basieren kann. Der obere Abschnitt kann einen festen Ringteil oder -abschnitt 28 (zum Beispiel ähnlich dem oberen Teil des oberen Abschnitts der Mischstruktur, der die feste Wand 526 enthalten kann) und einen konischen Abschnitt enthalten.
Der Körper kann verschiedene der hierin in Verbindung mit anderen Ausführungsformen beschriebenen Komponenten enthalten. Zum Beispiel kann der Körper eine feste Wand (anstelle der Luftkanäle und Rippen), die vorstehend in Verbindung mit der in 5 veranschaulichten Mischstruktur beschrieben ist, den konischen Abschnitt, der mit der Wand gekoppelt sein kann (und der einen Teil des oberen Abschnitts mit der Wand bildet) und den unteren konischen Abschnitt enthalten.
Ein Unterschied zwischen dem Körper der Mischstruktur und dem Körper der in 6 veranschaulichten Mischstruktur kann die Anzahl und Anordnung von Abstandshaltern in dem Körper sei. Der Körper kann mehrere dünne Säulen enthalten, die die Abstandshalter bilden. Die Abstandshalter können sich hinsichtlich der Anzahl, Größe, Dicke, Länge, des Profils und Materials von einer Ausführungsform zur anderen unterscheiden. Eine erhöhte Anzahl und dünnere Gestalt der Abstandshalter kann die Vermischung des Kraftstoff-Gas-Gemisches unterstützen, da dieses Gemisch in dem Zwischenraum zwischen der konischen Stufe und dem konischen Abschnitt strömt, und kann ferner den Oberflächenbereich vergrößern, der mit dem Kraftstoff-Gas-Gemisch in Kontakt steht. Das heißt, die Abstandshalter können als Wärmesenken funktionieren und können thermische Energie aus dem Kraftstoff-Gas-Gemisch in einer ähnlichen Weise wie die hierin beschriebenen Rippen ableiten.
Im Betrieb injiziert der Kraftstoffinjektor den Kraftstoff in das zentrale Volumen der Mischstruktur hinein. Der strömende Kraftstoff saugt die heißen Gase durch die Mischstruktur ein. Die heißen Gase können in das zentrale Volumen zwischen der Kraftstoffinjektorseite des Körpers und dem Kraftstoffinjektor eingezogen werden, ähnlich der Art und Weise, wie die heißen Gase in den Körper der Mischstruktur eingezogen werden können.
Die Gase werden anschließend in der Kraftstoffströmung in dem zentralen Volumen mitgeführt und strömen als das Kraftstoff-Gas-Gemisch aus der Mischstruktur heraus über den Zwischenraum zwischen der konischen Stufe 630 des oberen Abschnitts und dem konischen Abschnitt heraus. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch kann zwischen den Abstandshaltern strömen, und die Abstandshalter können als Wärmesenken funktionieren, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu kühlen. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch strömt anschließend in den Brennraum des Zylinders hinein. Dieses Kraftstoff-Gas-Gemisch kann kühler als die Kraftstoff-Gas-Gemische sein, die nicht durch die Mischstruktur strömen oder sich nicht innerhalb dieser vermischen, was eine Zündung im Inneren der Kammer des Zylinders verzögern und eine Rußbildung verhindern oder reduzieren kann, wie hierin beschrieben.
Ähnlich wie bei der Mischstruktur kann der Auslass, durch den das Kraftstoff-Gas-Gemisch den Körper der Mischstruktur verlässt, ein kontinuierlicher oder im Wesentlichen kontinuierlicher Kreis sein. Die konzentrischen Konen in dem Körper der Mischstruktur leiten das Kraftstoff-Gas-Gemisch derart, dass es den Körper entlang des gesamten oder im Wesentlichen gesamten (zum Beispiel wenigstens 90%) äußeren Randes oder Umfangs der konischen Stufe 630 verlässt. Die Abstandshalter können die Strömung des Kraftstoff-Gas-Gemisches aus dem Körper heraus an entsprechenden Stellen stören oder teilweise blockieren. Jedoch kann das Kraftstoff-Gas-Gemisch über den Rest des äußeren Randes oder Umfangs des konischen Abschnitts strömen. Dies kann das Kraftstoff-Gas-Gemisch über ein größeres Volumen verteilen, was das Kraftstoff-Gas-Gemisch für die Reduktion der Beseitigung der Rußerzeugung weiter kühlen kann.
8 zeigt eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur für einen Zylinder eines Motors. Die Mischstruktur kann optional als eine Rußreduktionsanordnung bezeichnet werden, weil die Mischstruktur die Gase kühlt, die in den Zylinder injizierten Kraftstoff mitgerissen werden können, wodurch eine Zündung verzögert und die Menge an erzeugtem Ruß reduziert oder eine Rußerzeugung verhindert wird. Außerdem kann die Mischstruktur das Kraftstoff-Luft-Gemisch weiter in den Brennraum eines Motorzylinders hinein leiten, um mehr Ruß zu oxidieren.
Die Mischstruktur kann aus einem Körper 802 mit einer Gestalt gebildet sein, die sich um eine zentrale Achse ZC herum in dem zentralen Volumen erstreckt. Dieser Körper erstreckt sich entlang der zentralen Achse ZC von der Kraftstoffinjektorseite bis zu der gegenüberliegenden Kolbenseite, wie vorstehend in Verbindung mit anderen Kühlanordnungen beschrieben. Die Kraftstoffinjektorseite ist einem Kraftstoffinjektor zugewandt, der einen Kraftstoff in den Zylinder injiziert, dem die Mischstruktur zugeordnet sein kann. Die Zylinderseite ist der Krone des Kolbens in demselben Zylinder zugewandt.
Der Körper der Mischstruktur kann an einem Zylinderkopf angebracht sein (wobei der Kraftstoffinjektor ebenfalls an dem Zylinderkopf angebracht ist) und stationär bleiben, während ein Kolben in dem Zylinder sich relativ zu der Mischstruktur, dem Kraftstoffinjektor und dem Zylinderkopf bewegt. In einer Ausführungsform kann der Körper an der Krone des Kolbens (zum Beispiel dem Ende des Kolbens, der sich am an nächsten an dem Kraftstoffinjektor befindet) angebracht sein und kann sich während eines Betriebs des Kolbens in Richtung auf den Kraftstoffinjektor und den Zylinderkopf und von diesen weg bewegen.
Der Körper kann verschiedene der hierin in Verbindung mit anderen Ausführungsformen beschriebenen Komponenten enthalten. Der Körper kann den oberen Abschnitt enthalten, der auf einer Kombination aus der oberen Stufe der in 5 veranschaulichten Mischstruktur und dem oberen Abschnitt der in 6 veranschaulichten Mischstruktur basieren kann, und die vorstehend in Verbindung mit der in 7 veranschaulichten Mischstruktur beschrieben sein kann. Der obere Abschnitt kann den festen Ringabschnitt oder die feste Ringstufe und die konische Stufe enthalten. Der Körper kann eine feste Wand, wie vorstehend beschrieben, die konische Stufe, die mit einer Wand gekoppelt sein kann, und den unteren konischen Abschnitt enthalten. Der Körper kann ferner einen oder mehrere Abstandshalter enthalten, die die konische Stufe und den konischen Abschnitt miteinander verbinden.
Im Betrieb injiziert der Kraftstoffinjektor den Kraftstoff in das zentrale Volumen des Körpers hinein. Der strömende Kraftstoff saugt die heißen Gase durch die Mischstruktur ein. Die heißen Gase können in die zentrale Öffnung zwischen der Kraftstoffinjektorseite und dem Kraftstoffinjektor eingezogen werden.
Die Gase werden in der Kraftstoffströmung in dem zentralen Volumen mitgerissen und strömen als das Kraftstoff-Gas-Gemisch über den Zwischenraum zwischen der konischen Stufe des oberen Abschnitts und dem konischen Abschnitt aus der Mischstruktur heraus. Ein Teil des Gemisches kann über die Öffnung aus der Struktur austreten. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch kann mit dem Körper innerhalb des Zwischenraums in Kontakt stehen und thermische Energie auf dem Körper übertragen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu kühlen. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch strömt anschließend in den Brennraum des Zylinders hinein. Dieses Kraftstoff-Gas-Gemisch kann kühler als die Kraftstoff-Gas-Gemische sein, die nicht durch die Mischstruktur strömen oder sich innerhalb dieser vermischen, was eine Zündung innerhalb der Kammer des Zylinders verzögern und eine Rußbildung verhindern oder reduzieren kann, wie vorstehend beschrieben.
Außerdem kann der Auslass, durch den das Kraftstoff-Gas-Gemisch den Körper der Mischstruktur verlässt, ein kontinuierlicher oder im Wesentlichen kontinuierlicher Kreis sein, wie vorstehend beschrieben. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch kann über ein größeres Volumen ausgebreitet werden, was das Kraftstoff-Gas-Gemisch für die Reduktion oder Beseitigung der Rußerzeugung weiter kühlen kann.
Die hierin beschriebenen Kühlanordnungen können ein einstückiger Körper sein, wobei alle Teile und Komponenten miteinander und mit einer gemeinsamen sonstigen Komponente gesichert sind (zum Beispiel kann der gesamte Körper der Mischstruktur an dem Zylinderkopf oder dem Kolben, aber nicht an beiden befestigt sein). In einer Ausführungsform kann eine oder können mehrere der Kühlanordnungen aus einem mehrteiligen Körper gebildet sein, wobei ein Teil des Körpers (zum Beispiel der obere Abschnitt oder die obere Stufe) mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist, während ein anderer Teil des Körpers (zum Beispiel der untere Abschnitt) mit der Krone des Kolbens gekoppelt ist. Diese Teile können in Kontakt miteinander oder in enge Nähe zueinander gebracht werden, wenn sich der Kolben in Richtung auf den Kraftstoffinjektor bewegt (und der Kraftstoff in den Körper durch den Kraftstoffinjektor injiziert werden kann), und können sich voneinander weg bewegen, wenn sich der Kolben von dem Kraftstoffinjektor weg bewegt.
In einer Ausführungsform kann eine Mischstruktur für einen Zylinder in einem Motor bereitgestellt sein. Die Mischstruktur kann einen ringförmigen Körper enthalten, der eine zentrale Öffnung und eine zentrale Achse umgibt. Der ringförmige Körper kann gestaltet sein, um zwischen einem Kraftstoffinjektor des Zylinders und einem Kolben in einem Brennraum des Zylinders positioniert zu sein. Der ringförmige Körper kann gestaltet sein, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor in die zentrale Öffnung des ringförmigen Körpers entlang der zentralen Achse aufzunehmen. Der ringförmige Körper kann ferner gestaltet sein, um Heißgas in die zentrale Öffnung einzuziehen, damit dieses mit dem Kraftstoff mitgeführt wird, der in der zentralen Öffnung von dem Kraftstoffinjektor aus strömt. Der ringförmige Körper kann gestaltet sein, um ein Gemisch aus dem heißen Gas und dem Kraftstoff, der über den ringförmigen Körper injiziert werden kann, zu leiten, um eine Temperatur des Gemisches aus dem Heißgas und dem Kraftstoff zu reduzieren, bevor das Gemisch aus dem Heißgas und dem Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders hineingeleitet wird.
Optional kann der ringförmige Körper enthalten: einen oberen Ringraum und einen unteren Ringraum, die miteinander gekoppelt sind; wobei der obere Ringraum einen Außenumfang aufweist, der näher an der zentralen Achse angeordnet sein kann als der Außenumfang des unteren Ringraums; wobei der untere Ringraum sich von dem oberen Ringraum und der zentralen Achse weg nach außen aufweitet; wobei der obere Ringraum näher an dem Kraftstoffinjektor als der untere Ringraum angeordnet sein kann, während der ringförmige Körper zwischen dem Kraftstoffinjektor des Zylinders und dem Kolben in dem Brennraum des Zylinders positioniert sein kann; wobei der obere Ringraum mehrere Rippen enthalten kann, die entlang radialer Richtung zu der zentralen Achse hin ausgerichtet und in Richtungen, die parallel zu einem Außenumfang des oberen Ringraums verlaufen können, voneinander beabstandet können, wobei die Rippen in einem oberen Ringraum positioniert sein können, so dass das Heißgas in die zentrale Öffnung zwischen den Rippen durch die Strömung des Kraftstoffs in der zentralen Öffnung eingezogen werden kann. Die Rippen können das Heißgas kühlen, während das Heißgas zwischen den Rippen strömt; der obere Ringraum des ringförmigen Körpers kann eine konische Stufe enthalten, die sich von der zentralen Achse weg aufweitet; der untere Ringraum des ringförmigen Körpers weist eine konische Gestalt auf, die sich von der zentralen Achse weg aufweitet; der obere Ringraum des ringförmigen Körpers kann eine konische Stufung enthalten, die sich von der zentralen Achse weg aufweitet. Der untere Ringraum des ringförmigen Körpers kann eine konische Gestalt aufweisen, die sich von der zentralen Achse weg aufweitet; die konische Stufe des oberen Ringraums und die des unteren Ringraums können in Richtungen, die parallel zu der zentralen Achse verlaufen können, voneinander beabstandet sein; der ringförmige Körper kann derart gestaltet sein, dass das Gemisch aus dem Heißgas und dem Kraftstoff aus dem ringförmigen Körper heraus durch ein Volumen zwischen der konischen Stufe des oberen Ringraums und dem unteren Ringraum strömt; die Anordnung kann ferner Abstandshaltersäulen enthalten, die mit der konischen Stufe des oberen Ringraums und dem unteren Ringraum gekoppelt und verbunden sein können; der ringförmige Körper kann mehrere Leitungen enthalten, die die zentrale Öffnung mit Stellen außerhalb des ringförmigen Körpers strömungsmäßig verbinden. Die Leitungen können in Richtungen, die zu der zentralen Achse quer ausgerichtet sein können, länglich sein; die Leitungen können in Richtungen, in die das Gemisch aus dem Heißgas und Kraftstoff von der zentralen Achse weg gerichtet wird, länglich sein; der ringförmige Körper erstreckt sich in Richtungen parallel zu der zentralen Achse von einer Kraftstoffinjektorseite aus, die positioniert sein kann, um dem Kraftstoffinjektor zugewandt zu sein, bis zu einer gegenüberliegenden Zylinderseite, die positioniert sein kann, um dem Kolben in den Brennraum des Zylinders zugewandt zu sein; der ringförmige Körper kann gestaltet sein, um das Heißgas in die zentrale Öffnung hinein zwischen der Kraftstoffinjektorseite des Körpers und dem Kraftstoffinjektor einzuziehen; der ringförmige Körper kann eingerichtet sein, um mit einem Zylinderkopf des Zylinders gekoppelt zu sein; der ringförmige Körper kann eingerichtet sein, um mit einer oberen Seite des Kolbens gekoppelt zu sein; der ringförmige Körper weist eine Öffnung auf, die dem Kraftstoffinjektor zugewandt ist und in die der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor in den ringförmigen Körper hinein injiziert werden kann. Der ringförmige Körper kann aus einem ersten Ringraum und einem zweiten Ringraum gebildet sein. Der erste Ringraum kann eingerichtet sein, um mit einem Zylinderkopf des Zylinders gekoppelt zu sein, der ferner mit dem Kraftstoffinjektor gekoppelt sein kann oder diesen enthalten kann. Der zweite Ringraum kann mit dem Kolben gekoppelt sein.
9 veranschaulicht eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur 900. 10 veranschaulicht eine Perspektivansicht einer Elektroseite 908 der in 9 veranschaulichten Mischstruktur. 11 veranschaulicht eine Querschnittsansicht der Mischstruktur entlang der Linie 11-11, die in 10 veranschaulicht ist. 12 veranschaulicht eine weitere Querschnittsansicht der Struktur entlang einer Linie 12-12 in 9. Die hierin beschriebenen Mischstrukturen können optional als Motoranordnungen bezeichnet werden.
Die Mischstruktur kann einen Körper 904 enthalten, der eine Achse 906 definiert und der sich von einer Injektorseite 908 entlang der Achse in Richtung einer gegenüberliegenden Kolbenseite 910 erstreckt. Der Körper kann eine Zylinderkopfverbindungsstruktur oder einen Zylinderkopfverbindungsabschnitt 926 und eine Wärmemanagementstruktur 914 enthalten. Die Zylinderkopfverbindungsstruktur ist mit einem Zylinderkopf gekoppelt, während die Wärmemanagementstruktur einer Krone eine Kolbens zugewandt ist. Die Verbindungsstruktur des Körpers ist an Ort und Stelle durch Schrumpfpassung verbunden. Zum Beispiel kann der Körper aus einem oder mehreren Materialien gebildet sein, die nach dem Einbau und/oder Einsatz in der Größe schrumpfen. Der Körper kann ausgebildet sein, um Abmessungen zu haben, die, nachdem der Körper schrumpft, mit den Abmessungen übereinstimmen oder zu den Abmessungen der Komponente(n) passen, mit der (denen) der Körper verbunden werden soll. In anderen Ausführungsformen können Strukturen an einem Zylinderkopf eines Motorzylinders durch Presspassung verbunden, angeschweißt, mit diesem verbolzt, darauf aufgeschraubt (zum Beispiel darauf über Schrauben gesichert) oder in verschiedenen weiteren Ausführungsformen als ein Teil eines Zylinderkopfes eines Motorzylinders ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform kann die Achse eine zentrale Achse sein, um die der Körper sich symmetrisch herum erstreckt oder die der Körper symmetrisch umgibt. In einer Ausführungsform kann sich die Achse nicht entlang der Mitte des Körpers erstrecken, und/oder der Körper kann um die Achse herum oder über der Achse nicht symmetrisch sein. Die Injektorseite des Körpers ist einem Kraftstoffinjektor eines Motorzylinders zugewandt, während die Kolbenseite des Körpers einem Kolbenkopf des Motorzylinders zugewandt ist.
Der Körper weist eine gegenüberliegende nach innen gerichtete Oberfläche 1000 in der Nähe der Achse auf. Diese nach innen gerichtete Oberfläche definiert ein oder mehrere zentrale Volumina 1002 im Inneren des Körpers. Während nur ein einziges zentrales Volumen 1002 in den 10 und 11 veranschaulicht sein kann, kann der Körper in einer Ausführungsform eine oder mehrere innere Wände oder sonstige Strukturen enthalten, die das einzige zentrale Volumen in zwei oder mehrere kleinere Volumina unterteilen. Das Volumen kann als eine Injektionskammer bezeichnet werden. Die Injektionskammer kann eine Gestalt aufweisen, deren Querschnittsgröße an Stellen, die von der Injektorseite des Körpers weiter entfernt sind, abnimmt. Zum Beispiel kann die Injektionskammer hinsichtlich ihres Durchmessers derart gestuft sein, dass verschiedene Stellen der Injektionskammer, die näher an der Kolbenseite entlang der Achse liegen können, kleinere Durchmesser aufweisen können als Stellen, die entlang der Achse näher an der Injektionsseite angeordnet sein können. Optional kann die Injektionskammer derart zylindrisch sein, dass die Querschnittsgröße an verschiedenen Stellen entlang der Achse gleich bleibt. In weiteren Ausführungsformen kann die Injektionskammer konisch oder geriffelt sein, so dass verschiedene Stellen der Injektionskammer, die sich entlang der Achse näher an der Kolbenseite befinden können, kleinere Durchmesser aufweisen können als Stellen, die sich entlang der Achse näher an der Injektionsseite befinden können.
Der Körper kann ferner eine nach außen gerichtete Oberfläche 916 enthalten, die von der Achse distal angeordnet sein kann. Zum Beispiel kann die nach innen gerichtete Oberfläche zu der Achse proximal sein, und die nach außen gerichtete Oberfläche kann von der Achse insofern distal sein, als die nach innen gerichtete Oberfläche näher an der Achse angeordnet sein kann als die nach außen gerichtete Oberfläche.
Der Körper weist mehrere Kanaloberfläche 918 auf, die zwei oder mehrere Gaskanäle 912, 920 definieren können, die zwischen der Injektorseite und der Kolbenseite des Körpers angeordnet sind. Die Gaskanäle können sich durch den Körper hindurch von der nach außen gerichteten Oberfläche durch die nach innen gerichtete Oberfläche hindurch erstrecken. In verschiedenen Ausführungsformen bilden einige Kanaloberflächen lineare Schlitze durch den Körper als Gaskanäle aus, während einige andere Kanaloberflächen kreisförmige Kanäle durch den Körper als die Gaskanäle ausbilden. Die Schlitze können in Richtungen, die sich von einer Seite oder in Richtung einer gegenüberliegenden Seite erstrecken, länglich sein. In anderen Ausführungsformen können die Schlitze in anderen Richtungen länglich sein, und/oder sie können eine andere Gestalt aufweisen. Die Schlitze können zum Beispiel gekrümmt sein, können bogenförmig sein, können aus zwei oder mehreren unterschiedlich ausgerichteten linearen Abschnitten gebildet sein oder dergleichen. In einer Ausführungsform können die Kanaloberflächen und/oder Gaskanäle eine andere Größe und/oder Gestalt aufweisen. Wie in 12 veranschaulicht, können die Oberflächen zum Beispiel wellenförmige Oberflächen sein. Die Kanäle scheinen sich nicht bis zu der nach außen gerichteten Oberfläche des Körpers in 12 zu erstrecken, was daran liegt, dass sich die Kanäle entlang von Richtungen erstrecken, die in 11 nach unten gewinkelt sein können. Die Auswahl der Richtung und der Gestalt kann auf der gewünschten Endverwendung, der Art des Motors und des Kraftstoffs (der Kraftstoffe) und anderen Anwendungsspezifika basieren.
In der veranschaulichten Ausführungsform können die Mischleitungen 922 durch die Gaskanäle definiert oder zwischen diesen angeordnet sein. Die Mischleitungen 922 enthalten innere Kanaloberflächen 924 im Inneren des Körpers der Anordnung 900. Die Gaskanäle 920 können zwischen den Mischleitungen 922 und der Injektoroberfläche 908 angeordnet sein, und die Gaskanäle 912 können zwischen den Mischleitungen 922 und der Kolbenoberfläche 910 angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen kann die eine oder können die mehreren Oberflächen eine katalytische Beschichtung, verschleißbeständige Beschichtung oder gegen Kohlenstoffaufbau beständige Beschichtung aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Oberfläche behandelt sein. Zu geeigneten Behandlungen können Plasmabehandlung, Wärmebehandlung, Laserbeschichtung, Nitriden, Karbonisieren und dergleichen gehören.
Jede der Leitungen oder Kanäle erstreckt sich von einem Eingangsanschluss oder einer Eingangsöffnung bis zu einem gegenüberliegenden Ausgangsanschluss oder einer Ausgangsöffnung. Die Eingangsanschlüsse für die Gasleitungen oder Kanäle können entlang der nach außen gerichteten Oberfläche des Körpers angeordnet sein, da die Gase in die Leitungen oder Kanäle durch die Anschlüsse in der nach außen gerichteten Fläche aufgenommen werden können. Die Ausgangsanschlüsse für die Gasleitungen oder Kanäle können entlang der nach innen gerichteten Oberfläche des Körpers angeordnet sein, da die Gas aus den Leitungen oder Kanälen durch die Anschlüsse in der nach innen gerichteten Oberfläche austreten. Die Eingangsanschlüsse für die Mischleitungen können entlang der nach innen gerichteten Oberfläche des Körpers angeordnet sein, der das Gemisch in die Leitungen durch die Anschlüsse in der nach innen gerichteten Oberfläche aufgenommen werden können. Die Ausgangsanschlüsse für die Leitungen können entlang der nach außen gerichteten Oberfläche des Körpers angeordnet sein, da das Gemisch aus den Leitungen durch die Anschlüsse in der nach außen gerichteten Oberfläche austritt.
Die Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüsse der Einlässe und/oder Auslässe der Kanäle und/oder Leitungen können gerundete Formen entlang von Rändern der Kanäle oder Leitungen haben, die durch die Verbindungsstellen, zum Beispiel zwischen den definitionsgemäßen Oberflächen und der nach außen gerichtete Oberfläche, wie in den 9 und 11 veranschaulicht, definiert sind. In einer Ausführungsform können diese Ränder eine nicht gerundete Gestalt, wie etwa eine 90-Grad-Verbindungsstelle zwischen den definitionsgemäßen Oberflächen und der nach außen gerichteten Oberfläche, haben. Die gerundeten Ränder können es ermöglichen, dass mehr Gase in die Kanäle einströmen, und/oder können eine verstärkte Oberflächenwechselwirkung (und folglich eine größere Wärmeübertragung) zwischen dem Körper und den Gases erzielen. Optional können die Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüsse der Kanäle konische Formen haben, deren Querschnittsfläche an Stellen in den Kanälen, die von der nach außen gerichteten Oberfläche weiter entfernt sind, abnimmt. Optional können die Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüsse der Kanäle gerüttelte Formen haben, deren Querschnittsfläche an Stellen in den Kanälen, die von der nach außen gerichteten Oberfläche weiter entfernt sein können, zunimmt. In einer Ausführungsform ist der Ausgangsanschluss eingerichtet, um eine Flammenfront an einer bestimmten Stelle zu verankern. Als ein Beispiel kann ein Flammenhalter an dem Ausgangsanschluss angeordnet sein. Der Flammenhalter kann die Flammenfront während einer Verbrennung an einer bestimmten Stelle verankern.
Die Kanäle können optional eine oder mehrere Strukturen oder ein oder mehrere Merkmale enthalten, die die Strömung der Gase in den Kanälen verändern. Zum Beispiel können die Kanaloberflächen gewellte Oberflächen sein, die einen oder mehrere Vorsprünge und/oder eine oder mehrere Vertiefungen definieren, die sich aus dem Körper im Inneren der Luftkanäle heraus oder in diesen hineinerstrecken. In einer Ausführungsform können die Kanaloberflächen glatte oder flache Oberflächen sein, die keine Vorsprünge oder Vertiefungen enthalten. Die gewellte Gestalt der Oberflächen erzeugt nicht lineare (zum Beispiel wellenförmige) Pfade als die Kanäle, in denen die Gase in die Injektionskammer des Körpers hineinströmen können. Die nicht linearen Pfade können gekrümmt sein, eine sägezahnförmige oder zickzackförmige Gestalt haben oder dergleichen. Die nicht lineare Pfade, in denen die Gase in die innere Kammer strömen, können die Oberfläche des Körpers, die mit den Gasen in Kontakt steht, erhöhen und/oder können die Verweilzeitdauer, in der die Gase mit dem Körper im Inneren der Kanäle in Kontakt sein können, erhöhen. Dies kann die Wärmeübertragung von den Gasen auf den Körper (im Vergleich zu den Kanälen mit linearen Pfaden) vergrößern. Der Körper weist Leitungsoberflächen auf, die Kraftstoff-Gas-Gemisch-Leitungen bzw. -Kanäle definieren, die sich durch den Körper hindurch erstrecken. Diese Leitungsoberflächen können in Richtungen, die mit der zentralen Achse spitze Winkel bilden, länglich sein, wie in 11 veranschaulicht. Zum Beispiel kann einer oder können mehrere der Kanäle einen Turbulator, eine Turbulatorschaufel oder Leitschaufel an einem oder mehreren der Eingangsanschlüsse aufweisen, um den Fluss der Gase in die Kanäle zu verändern. Diese Strukturen können verwendet werden, um eine gewünschte Strömungsverteilung in die Kanäle zu erreichen. Merkmale, wie etwa Vorsprünge und Vertiefungen, können auch im Inneren der Strömungskanäle integriert sein, um die Vermischung zu steigern und/oder die Wärmeübertragung zu verstärken.
In der veranschaulichten Ausführungsform kann jede(r) der Leitungen oder Kanäle in einer Richtung, die in Bezug auf die Achse nicht orthogonal gewinkelt sein kann, länglich sein. Zum Beispiel können die Einlässe oder Eingangsanschlüsse der Gaskanäle näher an der Kolbenseite des Körpers als die Injektorseite des Körpers angeordnet sein, und die Ausgangsanschlüsse der Gaskanäle können näher an der Injektorseite des Körpers als an der Kolbenseite des Körpers angeordnet sein. Die Eingangsanschlüsse der Mischkanäle können näher an der Injektorseite des Körpers als an der Kolbenseite des Körpers angeordnet sein und die Ausgangsanschlüsse der Mischleitungen können näher an der Kolbenseite des Körpers als an der Injektorseite des Körpers angeordnet sein. Die Kanäle können mit der zentralen Achse des Kraftstoffs, der injiziert wird, ausgerichtet sein.
Im Betrieb kann ein oder können mehrere Ströme des Kraftstoffs in das zentrale Volumen durch einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren über einen oberen Durchlass oder eine obere Öffnung 1004 injiziert werden. Die Strömung des Kraftstoffs in das zentrale Volumen hinein zieht Gase über die Gaskanäle in das zentrale Volumen ein. Die Gase strömen in das zentrale Volumen hinein und vermischen sich mit dem Kraftstoff in dem zentralen Volumen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem definierten Verhältnis (von Kraftstoff zu Luft) zu bilden. In einer Ausführungsform strömen alle oder im Wesentlichen alle Gase, die sich mit dem Kraftstoff vermischen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu bilden, über die Kanäle und nicht durch die obere Durchlassöffnung des zentralen Volumens in das zentrale Volumen hinein. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch strömt anschließend durch die Leitungen aus dem zentralen Volumen heraus und in den Brennraum des Motorzylinders hinein.
Die Winkel, unter denen die Leitungen in Bezug auf die zentrale Achse ausgerichtet sein können, können in verschiedenen Körpern verändert werden, um zu steuern, wie weit das Gemisch in den Brennraum des Motorzylinders eindringt. Falls zum Beispiel der Gemischsprühstrahl, der durch eine Leitung strömt, gerichtet wird, um auf eine oder mehrere Oberflächen der Kanäle aufzutreffen, kann es zu einem Impulsaustausch zwischen der Mischstruktur und dem Gemischsprühstrahl kommen. Dies kann den Impuls des Gemischsprühstrahls verringern und verringern, wie weit das Gemisch in den Brennraum des Motorzylinders eindringt. In einer Ausführungsform können die Leitungen entlang von Richtungen, die die mit den Richtungen zusammenfallen (zum Beispiel linear ausgerichtet sein können) in die die Kraftstoffströme durch den Kraftstoffinjektor in das zentrale Volumen gerichtet werden können, zusammenfallen, länglich sein. Zum Beispiel können die Ausgangs- oder Auslassanschlüsse der Leitungen mit Durchlassöffnungen eines Kraftstoffinjektors ausgerichtet sein, durch die Kraftstoffströme gerichtet werden können. Dies kann eine Aufrechterhaltung eines größeren Anteils des Impulses der Kraftstoffströme (zum Beispiel des Kraftstoffs) in und durch die Leitungen (als das Gemisch) und in den Brennraum ermöglichen. Außerdem kann dies ermöglichen, dass Ströme des Gemisches durch die Leitungen an Stellen strömen, die entlang zentraler Achsen der Leitungen mehr zentriert sein können (im Vergleich zu den Leitungen, die nicht mit den Kraftstoffinjektoröffnungen ausgerichtet sind). Optional können die Eingangsanschlüsse der Leitungen eine Beschränkungsstruktur, wie etwa eine Lippe, einen Ring oder dergleichen, enthalten, die die Querschnittsfläche des Eingangsanschlusses einer Leitung im Vergleich zu der Querschnittsfläche derselben Leitung an anderen Stellen reduziert.
Diese Beschränkungsstruktur kann bei der Zentrierung der Strömung des Gemisches in der Leitung unterstütze eine Zentrierung der Ströme des Gemisches in den Leitungen kann für eine Aufrechterhaltung eines größeren Teils des Impulses des aus den Leitungen austretenden Gemisches (im Vergleich zu den Leitungen, die nicht den Kraftstoffinjektoröffnungen ausgerichtet sind) sorgen. In einer Ausführungsform können die Leitungen in Richtungen, die in Bezug auf die Richtungen, in die die Kraftstoffströme in das zentrale Volumen hineininjiziert werden können, gewinkelt (zum Beispiel nicht parallel) sein können, länglich sein. Diese kann den Impuls des Kraftstoffs in die Leitungen hinein verringern und/oder den Impuls des Gemisches aus den Leitungen heraus verringern. Weil der Impuls des Gemisches, das die Leitungen verlässt, es steuern oder beeinflussen kann, wieviel Ruß in dem Brennraum oxidiert werden kann, können Veränderungen der Winkel der Leitungen in verschiedenen Körpern es steuern, wie viel Ruß oxidiert werden kann.
Verschiedene Aspekte der Leitungen und/oder der Ausgangsanschlüsse der Leitungen können im Vergleich zu der in den 9 bis 11 veranschaulichten Ausführungsform modifiziert werden. Zum Beispiel kann die Querschnittsgestalt oder -Größe der Leitungen sich an verschiedenen Stellen entlang der Länge der Leitungen unterscheiden. Zum Beispiel können die Leitungen konische Formen (anstelle der veranschaulichten zylindrischen Formen) haben, deren Querschnittsfläche an Stellen abnimmt, die von der nach innen gerichteten Oberfläche des Körpers weiter entfernt sein können. Die Ausgangsanschlüsse der Leitungen können Turbulatorschaufeln oder sonstige Strukturen aufweisen, um die Strömung des aus den Leitungen austretenden Gemisches zu verändern. Dies kann helfen, das Gemisch weiter in den Brennraum des Motorzylinders hinein zu fokussieren oder zu richten. Die Ausgangsanschlüsse der Leitungen können eine Beschränkungsstruktur (zum Beispiel eine Lippe) aufweisen, die die Ströme der Kraftstoff-Gas-Gemische enger zusammendrängt oder fokussiert. Optional können die Ausgangsanschlüsse der Leitungen Vertiefungen aufweisen, um die Strömung des Gemisches aus den Leitungen heraus zu verändern und/oder die Wahrscheinlichkeit, dass die Leitungen an den Ausgangsanschlüssen zugesetzt werden, zu verringern. Zum Beispiel können die Vertiefungen Volumina bereitstellen, die mit Ruß oder dergleichen gefüllt werden können, bevor die Ausgangsanschlüsse verstopft werden. Dies kann die Nutzungslebensdauer der Leitungen verlängern.
In einer Ausführungsform können die Oberflächen der Mischleitungen glatt sein und keine Vorsprünge oder Vertiefungen aufweisen. Dies kann es ermöglichen, dass das Kraftstoff-Gas-Gemisch, das aus dem Körper über die Mischleitungen austritt, beim Austreten aus dem Körper (im Vergleich zu Mischleitungen, die nicht glatt sein oder Wellungen aufweisen können) einen schnellen Fluss und/oder einen größeren Impuls aufweist. Die Mischstruktur richtet die Kraftstoff-Gas-Gemische auf gewünschte Stellen innerhalb des Brennraums, um die Oxidation von Ruß zu unterstützen.
Nicht glatte Oberflächen der Gaskanäle können es bewirken, dass die Strömung der Gase sich verändert und turbulenter wird. Eine turbulente Strömung kann die Homogenität des hindurchströmenden Gemisches erhöhen. Zum Beispiel können die wellenförmigen Oberflächen einen Drall, Wirbel und/oder eine Turbulenz in der Strömung der Gase hervorrufen, der bzw. die ebenfalls einen Drall, Wirbel und/oder eine Turbulenz in der Strömung des Gemisches in dem zentralen Volumen hervorrufen kann. Die Gase und/oder Gemische können sich schnell drehen, wenn sich die Gase und/oder Gemische vorwiegend um eine zentrale Achse oder Richtung herum bewegen, wie etwa wenn der Großteil der Masse und/oder Strömung der Gase und/oder der Gemische sich schnell um dieselbe Achse oder Richtung dreht. Die Gase und/oder Gemische können herumwirbeln, wenn sich die Gase und/oder Gemische vorwiegend (zum Beispiel ein Großteil der Masse und/oder Strömung) in einem spiralförmigen Muster um die Achse oder Richtung herum bewegen. Die bewegten Gase und/oder Gemische können eine Turbulenz aufweisen, wenn die Gase und/oder Gemische sich nicht vorwiegend in dieselbe Richtung bewegen, unabhängig davon, ob diese Richtung eine herumwirbelnde, sich drehende oder lineare Bewegung ist. Die Gase strömen in das zentrale Volumen hinein und vermischen sich mit dem Kraftstoff in dem zentralen Volumen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem definierten Verhältnis (von Kraftstoff zu Gas) zu bilden. Die ungleichförmige Strömung der Gase kann bei der Vermischung des Kraftstoffs im Vergleich zu dem Vorsehen glatter Oberflächen um die Gaskanäle herum unterstützen.
Optional vergrößert die gewellte Form der Oberflächen die Oberfläche des Körpers, mit der die ankommenden Gase in Kontakt gelangen, während die Gase in das zentrale Volumen einströmen. Eine Vergrößerung des Oberflächenbereiches, der mit den Gasen in Kontakt steht, kann die Menge der Wärmeenergie, die von den Gasen auf den Körper gezogen oder übertragen werden kann, im Vergleich zu flachen oder glatten Oberflächen vergrößern. Infolge dessen können die Gase in einem größeren Maße gekühlt werden. Die nach innen gerichtete Oberfläche des Körpers kann wellenförmige Oberflächen, Vorsprünge und/oder Vertiefungen definieren, um einen Drall in der Strömung der Gase, des Kraftstoffs und/oder des Gemisches in dem zentralen Volumen hervorzurufen.
Für einen gegebenen Motorzylinder unter einer gegebenen Betriebsbedingung können die Größen (zum Beispiel Durchmesser oder Oberflächenbereiche) der Leitungen und/oder des zentralen Volumens, die Formen der Leitungen und/oder des zentralen Volumens, die Längen der Leitungen, das Vorhandensein oder Fehlen von Wellungen an den Oberflächen, die Anzahl der Leitungen und/oder die Winkel, unter denen die Leitungen in Bezug auf die Achse ausgerichtet sein können, modifiziert werden, um das Verhältnis von Kraftstoff zu Gas in dem Gemisch oder den Grad der Homogenität und Streuung von Kraftstoff zu Gas, die aus der Mischstruktur ausgegeben werden können, zu verändern. Eine Veränderung eines oder mehrerer dieser Parameter kann es verändern, wie viel Kraftstoff in dem Gemisch vorhanden sein kann, wieviel Gas in dem Gemisch vorhanden sein kann, wie schnell das Gemisch die Mischstruktur verlässt, wie weit das Gemisch in den Brennraum des Zylinders eindringt, die Richtung oder den Winkel der abstimmenden Strömung und dergleichen.
Die Injektoroberfläche des Körpers kann ein oder mehrere Ausrichtungslöcher oder Verteilungsmerkmale 902 enthalten, um die Mischleitungen mit Richtungen, in die die Kraftstoffströme in das zentrale Volumen des Körpers hinein gerichtet werden können, auszurichten. Diese Verteilungsmerkmale können Löcher oder sonstige Aufnahmen sein, die komplementäre Verteilungsmerkmale (zum Beispiel Stifte) aufnehmen, die mit dem Zylinderkopf verbunden sind. Ein Platzieren der Stifte in die Löcher hinein kann sicherstellen, dass die Kraftstoffströme, die von dem Kraftstoffinjektor kommen, in die Mischleitungen hinein gerichtet werden können. Insbesondere kann die Ausrichtung der Düsen des Injektors mit der Mitte der zugehörigen Mischleitung sichergestellt werden.
Optional kann die nach innen gerichtet Oberfläche des Körpers eine oder mehrere strukturierte oder wellenförmige Oberflächen, Vorsprünge und/oder Vertiefungen enthalten. Diese gewellten oder strukturierten Oberflächen, Vorsprünge und/oder Vertiefungen, können bei der Veränderung der Richtung in die Kraftstoff und/oder Gase strömen, unterstützen und den Kraftstoff und das Gas bis zu einem definierten Vermischungsgrad und/oder -Verhältnis vermischen. Die nach innen gerichtete Oberfläche kann eine konische oder geriffelte Gestalt aufweisen, um bei der Vermischung des Kraftstoffs mit den Gasen in dem zentralen Volumen zu unterstützen. Zum Beispiel kann die Querschnittsfläche des Volumens in Ebenen, die zu der Achse senkrecht sein können, in der Nähe der Injektorseite größer und in der Nähe der Kolbenseite kleiner sein. Diese Verringerung der Querschnittsfläche des Volumens kann den Kraftstoff in dem Gemisch vermischen und konzentrieren, bevor das Gemisch über die Leitungen aus dem Volumen herausströmt.
In einer Ausführungsform kann eine oder können mehrere der Strukturen, die den Körper bilden, Kühlleitungen bzw. -Kanäle enthalten, die sich durch die inneren Abschnitte der Strukturen hindurch erstrecken. Diese Kühlleitungen können mit einer Quelle eines Kühl- oder Arbeitsfluids, wie etwa gekühlter Luft, eines flüssigen Kühlmittels oder dergleichen, strömungsmäßig verbunden sein. Zu geeigneten Kühlmitteln können Luft, Wasser, Öl und dergleichen gehören. Diese Kühlleitungen können mit den Gaskanälen oder Mischleitungen nicht strömungsmäßig verbunden sein, um eine Verunreinigung des Kraftstoffs, der Gase und/oder des Gemisches zu verhindern. Die Mischstruktur kann eine Flüssigkeit sei, die unter Verwendung eines Kühlmittels aus dem Zylinderkopf oder Kolben gekühlt wird, abhängig davon, wo die Mischstruktur montiert ist. Optional kann die Mischstruktur durch die Ableitung zu der Komponente, an der die Mischstruktur montiert ist, gekühlt werden. Das Kühl- oder Arbeitsfluid kann durch die Kühlleitungen strömen, um zu helfen, den Körper zu kühlen und die Wärmeübertragung zwischen den Gasen und dem Körper zu vergrößern.
13 veranschaulicht eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur 1300. Die Mischstruktur kann einen Körper 1304 enthalten, der eine Achse 1306 definiert und der sich von einer Injektorseite 1308 in Richtung einer gegenüberliegenden Kolbenseite 1310 entlang der Achse erstreckt. Der Körper kann eine Zylinderkopfverbindungsstruktur oder einen Zylinderkopfverbindungsabschnitt 1326 und eine Wärmemanagementstruktur 1314 enthalten. Die Zylinderkopfverbindungsstruktur ist mit einem Zylinderkopf gekoppelt, während die Wärmemanagementstruktur einer Krone eines Kolbens zugewandt ist. Die Verbindungsstruktur des Körpers ist im Presssitz an Ort und Stelle in einem Aufnahmehohlraum des Zylinderkopfes eingebracht. Andere geeignete Verbindungsverfahren können es vorsehen, dass der Einsatz an einem Zylinderkopf eines Motorzylinders angeschweißt, mit diesem verbolzt bzw. verschraubt oder als ein Teil desselben gebildet wird. 14 veranschaulicht eine Perspektivansicht einer Injektorseite der in 13 veranschaulichten Mischstruktur.
In einer Ausführungsform erstreckt sich der Körpersymmetrisch um die zentrale Achse herum oder umgibt diese. In einer weiteren Ausführungsform kann sich die Achse nicht entlang der Mitte des Körpers erstrecken und/oder der Körper kann nicht um die Achse herum oder über dieser symmetrisch sein. Die Injektorseite des Körpers ist einem Kraftstoffinjektor eines Motorzylinders zugewandt, während die Kolbenseite des Körpers einem Kolbenkopf des Motorzylinders zugewandt ist.
Der Körper weist eine nach innen gerichtete Oberfläche 1400 in der Nähe der zentralen Achse auf. Diese nach innen gerichtete Oberfläche definiert ein oder mehrere zentrale Volumina 1402 im Inneren des Körpers. Während nur ein einziges zentrales Volumen in den 13 und 14 veranschaulicht sein kann, kann der Körper in einer Ausführungsform eine oder mehrere innere Wände oder sonstige Strukturen enthalten, die das einzige zentrale Volumen in zwei oder mehrere kleinere Volumina unterteilen. Das Volumen kann als eine Injektionskammer bezeichnet werden. Das Injektionskammervolumen kann eine Gestalt aufweise, deren Querschnittsgröße an Stellen abnimmt, die von der Injektorseite des Körpers weiter entfernt sein können. Optional kann das Injektionskammervolumen zylindrisch sein, so dass die Querschnittsgröße an unterschiedlichen Stellen entlang der zentralen Achse gleich bleibt, oder es kann konisch oder geriffelt sein.
De Körper kann ferner eine nach außen gerichtete Oberfläche 1316 enthalten, die von der zentralen Achse zentral angeordnet sein kann. Der Körper weist Kanaloberflächen 1318 auf, die Gaskanäle 1320 definieren, die zwischen der Injektorseite und der Kolbenseite des Körpers angeordnet sind. Die Gaskanäle erstrecken sich durch den Körper hindurch von der nach außen gerichteten Oberfläche durch die nach innen gerichtete Oberfläche hindurch. In der veranschaulichten Ausführungsform bilden die Gaskanaloberflächen lineare Schlitze durch den Körper als die Gaskanäle. Die Schlitze können in Richtungen, die von einer Seite oder in Richtung der gegenüberliegenden Seite verlaufen, länglich sein. In anderen Ausführungsformen können die Schlitze in anderen Richtungen länglich sein und/oder eine andere Gestalt aufweisen. Die Schlitze können zum Beispiel gekrümmt sein, können bogenförmig sei, können aus zwei oder mehreren unterschiedliche ausgerichteten linearen Abschnitten gebildet sein oder dergleichen. Die Oberflächen können wellenförmige Oberflächen, flache Oberflächen, andere gekrümmte Oberflächen oder dergleichen sein.
In der veranschaulichten Ausführungsform können die Mischleitungen zwischen den Gaskanälen angeordnet sein. Zum Beispiel können die Gaskanäle in den Mischleitungen derart eingestreut sein, dass ein einzelner Gaskanal zwischen benachbarten Paaren der Mischleitungen vorhanden sein kann.
Der Körper weist Leitungsoberflächen auf, die Kraftstoff-Gas-Gemisch-Leitungen bzw. -Kanäle definieren, die sich durch den Körper hindurch erstrecken. Diese Leitungsoberflächen können in Richtungen, die mit einer zentralen Achse spitze Winkel bilden, länglich sein. Die Leitungsoberflächen können glatte Oberflächen sei, die keine Wellungen, Vorsprünge oder Vertiefungen enthalten. In einer weiteren Ausführungsform können die Leitungsoberflächen Wellungen, Vorsprünge und/oder Vertiefungen aufweisen.
Jede(r) der Leitungen oder Kanäle erstreckt sich von einem Eingangsanschluss oder einer Eingangsöffnung bis zu einem gegenüberliegenden Ausgangsanschluss oder einer Ausgangsöffnung, wie vorstehend in Verbindung mit der Mischstruktur beschrieben. Die Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüsse der Kanäle können entlang von Rändern der Kanäle gesonderte Formen aufweisen. In einer Ausführungsform können diese Ränder eine nicht gerundete Gestalt aufweisen. Die gerundeten Ränder können es ermöglichen, dass mehr Gase in die Kanäle einströmen, und/oder können für eine verstärkte Oberflächenwechselwirkung (und folglich eine größere Wärmeübertragung) zwischen dem Körper und den Gasen sorgen. Optional können die Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüsse der Kanäle konische Formen oder geriffelte Formen aufweisen.
In der veranschaulichten Ausführungsform kann jede(r) der Leitungen oder Kanäle in einer Richtung, die in Bezug auf eine zentrale Achse nicht orthogonal gewinkelt sein kann, länglich sein. Zum Beispiel können die Eingangs- oder Ausgangsanschlüsse der Gaskanäle näher an der Kolbenseite des Körpers als an der Injektorseite des Körpers angeordnet sein und die Ausgangsanschlüsse der Gaskanäle können näher an der Injektorseite des Körpers als an der Kolbenseite des Körpers angeordnet sein. Die Eingangsanschlüsse der Mischleitungen können näher an der Injektorseite des Körpers als an der Kolbenseite des Körpers angeordnet sein und die Ausgangsanschlüsse der Mischleitungen können näher an der Kolbenseite des Körpers als an der Injektorseite des Körpers angeordnet sein.
Im Betrieb kann ein oder können mehrere Ströme des Kraftstoffs in das zentrale Volumen hinein durch eine oder mehrere Kraftstoffinjektoren über einen oberen Durchlass oder eine obere Öffnung 1404 indiziert werden. Die Strömung des Kraftstoffs in das zentrale Volumen hinein zieht Gase über die Gaskanäle in das zentrale Volumen ein. Die Gase strömen in das zentrale Volumen hinein und vermischen sich mit dem Kraftstoff in dem zentralen Volumen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem definierten Verhältnis zu bilden. In einer Ausführungsform strömen alle oder im Wesentlichen alle Gase, die sich mit dem Kraftstoff vermischen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu bilden, über die Kanäle und nicht durch die obere Durchlassöffnung des zentralen Volumens in das zentrale Volumen hinein. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch strömt durch die Leitungen aus dem zentralen Volumen heraus und in den Brennraum des Motorzylinders hinein.
Die Winkel unter denen die Leitungen in Bezug auf die zentrale Achse ausgerichtet sein können, können in verschiedenen Körpern verändert werden, um zu steuern, wie weit das Gemisch in den Brennraum des Motorzylinders eindringt, wie vorstehend beschrieben. In einer Ausführungsform können die Leitungen entlang von Richtungen, die mit den Richtungen zusammenfallen, in die die Kraftstoffströme durch den Kraftstoffinjektor in das zentrale Volumen hinein gerichtet werden können, zusammenfallen, länglich sein. Optional können die Eingangsanschlüsse der Leitungen eine Beschränkungsstruktur enthalten, die die Querschnittsfläche des Eingangsanschlusses an einer Leitung im Vergleich zu der Querschnittsfläche derselben Leitung an anderen Stellen reduziert, wie vorstehend beschrieben.
In einer Ausführungsform können die Leitungen in Richtungen, die in Bezug auf die Richtungen, in die die Kraftstoffströme in das zentrale Volumen hinein injiziert werden können, gewinkelt (zum Beispiel nicht parallel) sein können, länglich sein. Dies kann den Impuls des Kraftstoffs in die Leitungen hinein als das Gemisch verringern und/oder den Impuls des Gemisches aus den Leitungen heraus verringern.
Verschiedene Aspekte der Leitungen und/oder der Ausgangsanschlüsse der Leitungen können gegenüber den veranschaulichten Ausführungsformen modifiziert werden. Zum Beispiel kann die Querschnittsform oder -größe der Leitungen sich an unterschiedlichen Stellen entlang der Länge der Leitungen unterscheiden. Zum Beispiel können die Leitungen konische Formen (anstelle der veranschaulichten zylindrischen Formen) aufweisen, deren Querschnittsfläche an Stellen abnimmt, die von der nach innen gerichteten Oberfläche des Körpers weiter entfernt sind. Dies kann helfen, das Gemisch in gewünschte Stellen innerhalb des Brennraums des Motorzylinders hinein zu richten. Die Ausgangsanschlüsse der Leitungen können eine Beschränkungsstruktur (zum Beispiel eine Lippe) aufweisen, die die Ströme der Gemische enger zusammen drängt oder vermengt. Optional können andere Leitungsausgangsanschlüsse Vertiefungen, Rillen oder Strukturen aufweisen, die die Strömung des Gemisches aus den Leitungen heraus verändern können und/oder um die Wahrscheinlichkeit, dass die Leitungen an den Ausgangsanschlüssen zugesetzt werden, zu verringern.
In einer Ausführungsform können die Oberflächen der Mischleitungen glatt sein und keine Vorsprünge oder Vertiefungen aufweisen. In einer anderen Ausführungsform können die Oberflächenvorsprünge und/oder Vertiefungen aufweisen. Die nach innen gerichtete Oberfläche des Körpers kann wellenförmige Oberflächen, Vorsprünge und/oder Vertiefungen enthalten, um eine Turbulenz in der Strömung der Gase, des Kraftstoffs und/oder des Gemisches in dem zentralen Volumen hervorzurufen. Die Größen (zum Beispiel Durchmesser oder Oberflächenbereiche) der Leitungen und/oder des zentralen Volumens, die Formen der Leitungen und/oder des zentralen Volumens, die Längen der Leitungen, das Vorhandensein oder Fehlen von Wellungen in den Oberflächen, die Anzahl der Leitungen und/oder die Winkel, unter denen die Leitungen in Bezug auf die Achse ausgerichtet sein können, können modifiziert werden, um das Verhältnis von Kraftstoff zu Gas in dem Gemisch, die aus der Mischstruktur ausgegeben werden können, zu verändern, wie vorstehend beschrieben.
Optional kann die nach innen gerichtete Oberfläche des Körpers eine oder mehrere wellenförmige Oberflächen, Vorsprünge und/oder Vertiefungen enthalten, wie vorstehend beschrieben. Die nach innen gerichtete Oberfläche kann eine konische oder geriffelte Form aufweisen, um bei der Vermischung des Kraftstoffs mit den Gasen in dem zentralen Volumen zu unterstützen, wie beschrieben. In einer Ausführungsform kann eine oder können mehrere der Strukturen, die den Körper bilden, Kühlleitungen bzw. Kanäle enthalten, die sich durch die inneren Abschnitte der Strukturen hindurch erstrecken, wie beschrieben.
15 veranschaulicht eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur 1500. Die zentrale Achse, die durch einen Körper 1504 definiert ist, ist zu dem Körper, der sich symmetrisch um die Achse 1506 herum erstreckt oder diese umgibt, konzentrisch. In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Achse nicht entlang der Mitte des Körpers, sondern ist vielmehr in Bezug auf die Achse asymmetrisch. Die Injektorseite des Körpers ist einem Kraftstoffinjektor eines Motorzylinders zugewandt, während die Kolbenseite des Körpers einem Kolbenkopf des Motorzylinders zugewandt ist. 16 veranschaulicht eine Perspektivansicht einer Injektorseite 1508 der in 15 veranschaulichten Mischstruktur.
Die Mischstruktur kann den Körper enthalten, der eine zentrale Achse definiert und der sich von einer Injektorseite in Richtung einer gegenüberliegenden Kolbenseite 1510 entlang der Achse erstreckt. Der Körper kann eine Zylinderkopfverbindungsstruktur oder einen Zylinderkopfverbindungsabschnitt 1526 enthalten. Die Zylinderkopfverbindungsstruktur ist mit einem Zylinderkopf gekoppelt, während die Wärmemanagementstruktur einer Krone eines Kolbens zugewandt ist. Die Verbindungsstruktur des Körpers kann an einem Zylinderkopf eines Motorzylinders in verschiedenen Ausführungsformen angeschweißt oder in sonstiger Weise angebracht sein. Der Körper weist eine nach außen gerichtete Oberfläche 1516 auf, die von der Achse distal angeordnet sein kann. Der Körper weist Kanaloberflächen 1518 auf die Gaskanäle 1520 definieren, die zwischen der Injektorseite und der Kolbenseite des Körpers angeordnet sind. Die Gaskanäle erstrecken sich durch den Körper hindurch von der nach außen gerichteten Oberfläche durch die nach innen gerichtete Oberfläche hindurch. Der Körper weist ferner eine Wärmemanagementstruktur 1514 auf. In verschiedenen weiteren Ausführungsformen kann die nach innen gerichtete Oberfläche des Körpers wellenförmige Oberflächen, Vorsprünge und/oder Vertiefungen enthalten, wie vorstehend beschrieben, oder sie kann platt sein.
Der Körper weist eine nach innen gerichtete Oberfläche 1400 in der Nähe der Achse auf. Diese nach innen gerichtete Oberfläche definiert ein oder mehrere zentrale Volumina 1602 im Inneren des Körpers, in die ein Injektor flüssigen Kraftstoff injiziert. In dieser Ausführungsform kann der Körper eine oder mehrere innere Wände oder sonstige Strukturen enthalten, die das einzige zentrale Volumen in zwei oder mehrere kleinere Volumina unterteilen. Das Injektionsvolumen kann optional als eine Injektionskammer bezeichnet werden. Das Injektionsvolumen kann eine Gestalt aufweisen, deren Querschnittsgröße an Stellen abnimmt, die von der Injektorseite des Körpers weiter entfernt sein können. In anderen Ausführungsformen kann das Injektionsvolumen zylindrisch sein, so dass die Querschnittsgröße an unterschiedlichen Stellen entlang der Achse gleich bleibt, oder es kann konisch oder geriffelt sein.
In der veranschaulichten Ausführungsform bilden die Verbindungsstellen zwischen den Kanaloberflächen 1518 und der nach außen gerichteten Oberfläche 1516 bogenförmige Ränder 1501, wobei die Enden jedes bogenförmigen Randes durch einen geraden Rand 1503 miteinander verbunden sind. Die Kanaloberflächen, die Gaskanäle bilden, nehmen in ihrer Größe von der nach außen gerichteten Oberfläche zu der nach innen gerichteten Oberfläche des Körpers ab. In verschiedenen Ausführungsformen können die Eingangsanschlüsse der Gaskanäle an der nach außen gerichteten Oberfläche 1516 des Körpers deutlich größer als die Ausgangsanschlüsse der Gaskanäle an der nach innen gerichteten Oberfläche des Körpers sein. Die Gaskanäle können fächerförmig gestaltet sein, wie in dem veranschaulichten Beispiel, wobei die Gaskanäle in ihrer Größe von größeren Eingangsanschlüssen schnell bis zu dreieckigen Ausgangsanschlüssen abnehmen. Die Kanaloberflächen können basierend auf anwendungsspezifischen Anforderungen ausgewählt werden und können somit wellenförmige Oberflächen, glatte Oberflächen, anders gekrümmte Oberflächen oder dergleichen sein.
In der veranschaulichten Ausführungsform können die Mischleitungen zwischen den Gaskanälen eingefügt sein. Zum Beispiel können die Gaskanäle innerhalb der Mischleitungen derart eingestreut sein, dass ein einzelner Gaskanal zwischen benachbarten Paaren der Mischleitungen vorhanden ist. Diese Leitungsoberflächen können in Richtungen, die mit der zentralen Achse spitze Winkel bilden, länglich sein. Eine oder mehrere der Oberflächen können eine katalytische Beschichtung oder eine gegen Kohlenstoffaufbau beständige Beschichtung aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen können die Kanäle optional eine oder mehrere Strukturen enthalten, die die Strömung der Gase in den Kanälen verändern.
Während eines Motorbetriebs kann einer oder können mehrere Ströme des Kraftstoffs in das zentrale Injektionsvolumen hinein durch einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren über einen oberen Durchlass oder eine obere Öffnung 1604 injiziert werden. Die Strömung des Kraftstoffs in das zentrale Injektionsvolumen hinein zieht Gase über die Luftkanäle in das zentrale Injektionsvolumen ein. Die Gase strömen in das zentrale Injektionsvolumen hinein und vermischen sich mit dem Kraftstoff in dem zentralen Injektionsvolumen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu bilden. In einer Ausführungsform strömen alle oder im Wesentlichen alle Gase, die sich mit dem Kraftstoff vermischen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu bilden, über die Kanäle und nicht durch die obere Durchlassöffnung des zentralen Injektionsvolumens in das zentrale Injektionsvolumen hinein. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch strömt anschließend durch die Mischleitungen aus dem zentralen Injektionsvolumen heraus und in den Brennraum des Motorzylinders hinein.
Verschiedene Aspekte der Leitungen und/oder der Ausgangsanschlüsse der Leitungen können gegenüber den hierin veranschaulichten Ausführungsformen modifiziert werden. Zum Beispiel kann die Querschnittsgestalt oder -Größe der Leitungen sich an unterschiedlichen Stellen entlang der Länge der Leitungen unterscheiden. Geeignet Leitungen können (anstelle der veranschaulichten zylindrischen Formen) konische Formen haben, deren Querschnittsfläche an Stellen abnimmt, die von der nach innen gerichteten Oberfläche des Mischstrukturkörpers weiter entfernt sein können. Dies kann helfen, die Verteilung der Gemischströmung in den Brennraum des Motorzylinders hinein zu steuern.
Die Größen (Durchmesser oder Oberflächenbereiche) der Leitungen und/oder des zentralen Injektionsvolumens, die Formen der Leitungen und/oder des zentralen Injektionsvolumens, die Längen der Leitungen, das Vorhandensein oder Fehlen von Wellungen in den Oberflächen, die Anzahl der Leitungen und/oder die Winkel, unter denen die Leitungen in Bezug auf die Achse ausgerichtet sein können, können basierend auf einem gewünschten Verhältnis des Kraftstoffs zu den Gasen in dem Gemisch, das aus der Mischstruktur ausgegeben werden kann, ausgewählt werden, wie vorstehend beschrieben.
17 veranschaulicht eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur 1700. Die Mischstruktur kann einen Körper 1704 enthalten, der eine Achse 1706 definiert und der sich von einer Injektorseite 1708 in Richtung einer gegenüberliegenden Kolbenseite 1710 entlang der Achse erstreckt. Der Körper kann eine Zylinderkopfverbinderstruktur oder einen Zylinderkopfverbindungsabschnitt 1726 und eine Wärmemanagementstruktur 1714 enthalten. Die Zylinderkopfverbinderstruktur ist mit einem Zylinderkopf verbunden, während die Managementstruktur eine Krone eines Kolbens zugewandt ist.
In einer Ausführungsform kann die Achse eine zentrale Achse sein, um die der Körper sich symmetrisch herum erstreckt oder die der Körper symmetrisch umgibt. In einer Ausführungsform kann die Achse sich nicht entlang der Mitte des Körpers erstrecken, und/oder der Körper kann um die Achse herum oder über der Achse nicht symmetrisch sein. Die Injektorseite des Körpers ist einem Kraftstoffinjektor eines Motorzylinders zugewandt, während die Kolbenseite des Körpers einem Kolbenkopf des Motorzylinders zugewandt ist. Der Körper kann ferner eine nach außen gerichtete Oberfläche 1716 enthalten, die von der Achse distal angeordnet sein kann. Der Körper weist Kanaloberflächen 1718 auf, die Gaskanäle 1720 definieren, die zwischen der Injektorseite und der Kolbenseite des Körpers angeordnet sind.
Kanaloberflächen 1722 bilden Mischleitungen 1724, deren Größe von der nach innen gerichteten Oberfläche des Körpers bis zu der nach außen gerichteten Oberfläche des Körpers zunimmt. In der veranschaulichten Ausführungsform können die Mischleitungen zwischen den Gaskanälen angeordnet sein. Eine einzige Mischleitung kann zwischen einem Paar der Gaskanäle und einem andere Paar der Gaskanäle angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform kann ein einziger Gaskanal oder können mehr als zwei Gaskanäle auf jeder Seite jeder Mischleitung vorgesehen sein. Jede Mischleitung kann deutlich größer als jeder Gaskanal und/oder eine Kombination aus zwei Gaskanälen sein.
18 veranschaulicht eine Perspektivansicht der Injektorseite der in 17 veranschaulichten Mischstruktur. Während nur ein einziges zentrales Volumen in den 17 und 18 veranschaulicht ist, kann ein Körper in anderen Ausführungsformen eine oder mehrere innere Wände oder sonstige Strukturen enthalten, die das einzige zentrale Volumen in zwei oder mehrere kleinere Volumina unterteilen. Der Körper weist eine nach innen gerichtete Oberfläche 1800 in der Nähe der Achse auf. Diese nach innen gerichtete Oberfläche definiert ein oder mehrere zentrale Volumina 1802 im Inneren des Körpers. Das einzige zentrale Volumen kann als eine Injektionskammer bezeichnet werden. Das einzige zentrale Volumen kann eine Gestalt aufweisen, deren Querschnittsgröße an Stellen abnimmt, die von der Injektorseite des Körpers weiter entfernt sein können. Ferner kann das einzige zentrale Volumen in anderen Ausführungsformen zylindrisch sein, so dass die Querschnittsgröße an unterschiedlichen Stellen entlang der Achse gleich bleibt oder es kann konisch oder geriffelt sein.
Die Verbindungsstellen zwischen den Kanaloberflächen und der nach außen gerichteten Oberflächen bilden längliche Schlitze als die Gaskanäle. Die Kanaloberflächen können wellenförmige Oberflächen sein, die wellenförmige Gaskanäle bilden, ähnlich den in 9 veranschaulichten Gaskanälen.
Im Betrieb kann eine oder können mehrere Kraftstoffströme in das zentrale Volumen 1802 hinein durch einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren über einen oberen Durchlass oder eine obere Öffnung 1704 indiziert werden. Die Strömung des Kraftstoffs in das zentrale Volumen hinein zieht ein Gas über die Gaskanäle in das zentrale Volumen ein. Das Gas strömt in das zentrale Volumen hinein und vermischt sich mit dem Kraftstoff in dem zentralen Volumen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem definierten Verhältnis zu bilden. In einer Ausführungsform strömen alle oder im Wesentlichen alle Gase, die sich mit dem Kraftstoff vermischen, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch zu bilden, über die Kanäle und nicht durch den oberen Durchlass des zentralen Volumens hindurch in das zentrale Volumen hinein. Das Kraftstoff-Gas-Gemisch strömt anschließend durch die Leitungen aus dem zentralen Volumen heraus und in den Brennraum des Motorzylinders hinein.
19 veranschaulicht eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur 1900. Die Mischstruktur weist einen Körper 1904 auf, der die Gaskanäle und die Mischleitungen definiert. Die Mischstruktur unterscheidet sich von anderen Mischstrukturen darin, dass sie nicht die zusätzlichen Gaskanäle enthält, wie sie etwa in 9 veranschaulicht sind. 20 veranschaulicht eine Perspektivansicht einer Injektorseite 1908 der in 19 veranschaulichten Mischstruktur.
Die Mischstruktur 1900 unterscheidet sich ferner von der Mischstruktur 900 darin, dass die Mischstruktur 1900 ein Stufenabschnittsmerkmal 1901 enthalten kann, das von dem Körper 1904 aufwärts (zum Beispiel in Richtung des Kraftstoffinjektors, wenn die Mischstruktur 1900 eingebaut sein kann) vorragt. Das Stufenabschnittsmerkmal 1901 kann einen Abschnitt des Körpers 1904 in einer Zylinderkopfverbinderstruktur 1914 des Körpers 1904 enthalten, der sich in Richtung des Kraftstoffinjektors erstreckt. Das Stufenabschnittsmerkmal 1901 kann mit dem Zylinderkopf verbunden sein, um die Mischleitungen weiter von dem Kraftstoffinjektor zu treffen, ohne den Betrieb der Ventile des Zylinderkopfes zu stören, (zum Beispiel ohne mit den Ventilen in Kontakt zu gelangen).
21 veranschaulicht eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur 2100. 22 veranschaulicht eine Perspektivansicht einer Injektorseite 2108 der in 21 veranschaulichten Mischstruktur 2100. Die Mischstruktur 2100 kann der Mischstruktur 1900 insofern ähnlich sein, als die Mischstruktur 2100 einen Körper 2104 enthalten kann, der die Gaskanäle und die Mischleitungen aufweist.
Die Mischstruktur 2100 unterscheidet sich von der Mischstruktur 1900 insofern, als die Mischstruktur 1200 ein Stufenabschnittsmerkmal 2101 enthalten kann, das von dem Körper 2104 aufwärts vorragt. Das Stufenabschnittsmerkmal 2101 weist einen größeren Umfang oder eine größere Querschnittsfläche als Stufenabschnittsmerkmal 1901 auf. Das Stufenabschnittsmerkmal 2101 kann mit dem Zylinderkopf verbunden sein, um die Mischleitungen 2124 von dem Kraftstoffinjektor weiter zu trennen, ohne den Betrieb der Ventile des Zylinderkopfes zu stören (zum Beispiel ohne mit den Ventilen in Kontakt zu gelangen).
Die Mischstruktur 2100 unterscheidet sich ferner von der Mischstruktur 900 darin, dass die Mischleitungen 2124 in der Struktur 2100 einen größeren Durchmesser oder eine größere Querschnittsgröße aufweisen und/oder eine größere Länge aufweisen können. Die Mischleitungen 2124 können das Kraftstoff-Gas-Gemisch in den Brennraum eine Motorzylinders hinein richten, können jedoch größer sein, um zu steuern, wie das Gemisch in den Brennraum geliefert werden kann.
Die vorstehend beschriebenen Mischstrukturen können eine abgedichtete Kolbenseite aufweisen die keine Öffnungen enthält, durch die ein Kraftstoff aus dem Innenvolumen austreten kann, die Gase in das innere Volumen eintreten können oder das Gemisch aus dem inneren Volumen austreten kann. Die einzigen Öffnungen können in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Mischstrukturen in den nach außen gerichteten Seiten und den Injektorseiten der Mischstrukturen vorhanden sein.
In einer Ausführungsform kann eine oder können mehrere der vorstehend beschriebenen Mischstrukturen eine Öffnung oder einen Durchlass in der Kolbenseite aufweisen. 23 veranschaulicht eine Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform der Kolbenseite der in den 9 bis 12 veranschaulichten Mischstruktur 900. Wie veranschaulicht, kann die Kolbenseite einen Durchlass 2300 durch die Kolbenseite hindurch aufweisen. Dieser Durchlass 2300 kann Gasen ermöglichen, in das zentrale Volumen der Mischstruktur 1002 hinein durch die Kolbenseite der Mischstruktur 900 einzutreten. In dem den Gasen ermöglicht wird, auf diese Weise einzutreten, können die Gase, die in das zentrale Volumen durch die Gaskanäle eintreten, mit der nach innen gerichteten Strömung der Gase in das zentrale Volumen durch den Durchlass 2300 ausgeglichen werden. Dieser Ausgleich hilft, die Ströme der Kraftstoff-Gas-Gemische in den mitten der Mischleitungen zu zentrieren. Zum Beispiel kann, wenn die Gase nur über die Gaskanäle in das zentrale Volumen eintreten, eine Turbulenz in dem zentralen Volumen hervorgerufen werden, die die Strömung des Gemisches durch die zentralen Pfade der Mischleitungen verhindern oder stören können. Die Bereitstellung des Durchlasses 2300 kann die Strömung der Gase ausgleichen und die Gemischströmung in den Mischleitungen zentrieren.
Verschiedene Aspekte der Gaskanäle, Mischleitungen, Eingangsanschlüsse und/oder Ausgangsanschlüsse können gegenüber den hierin veranschaulichten Ausführungsformen modifiziert werden. Zum Beispiel kann sich die Querschnittsgestalt oder -Größe der Kanäle, Leitungen und/oder Anschlüsse von den veranschaulichten Ausführungsformen unterscheiden, um ein gewünschtes oder vorbestimmtes Kraftstoff-Gas-Verhältnis des Gemisches zu erzeugen. Als ein Beispiel können die Mischleitungen (anstelle der veranschaulichten zylindrischen Formen) konische Formen haben, deren Querschnittsfläche an Stellen abnimmt, die von der nach innen gerichteten Oberfläche des Mischstrukturkörpers weiter entfernt sein können. Dies kann helfen, das Gemisch weiter in den Brennraum des Motorzylinders hinein zu richten.
Verschiedene Ausführungsformen der Mischstrukturen können eine Nachinjektion eines Kraftstoffs empfangen und diesen Nachinjektionskraftstoff in den Brennraum des Motorzylinders über die Mischleitungen leiten. Der Nachinjektionskraftstoff kann durch den Kraftstoffinjektor nach der vorherigen Kraftstoffinjektion, die für eine Verbrennung in dem Motorzylinder verwendet werden kann, geliefert werden. Der Nachinjektionkraftstoff kann sich mit Gasen in dem zentralen Volumen der Mischstruktur vermischen, um das Gemisch zu bilden, das anschließend in den Brennraum des Motorzylinders über die Mischleitungen der Mischstruktur gleitet werden kann. Dieses zusätzliche Gemisch kann Ruß innerhalb des Brennraums des Motorzylinders weiter oxidieren.
In einer Ausführungsform kann ein Steuersystem eines Motors, der eine oder mehrere der Mischstrukturen aufweist, die zwischen einem Kraftstoffinjektor und einer Kolbenkrone eingebaut ist bzw. sind, automatisch erkennen, ob Gaskanäle und/oder Mischleitungen einer Mischstruktur zugesetzt sein können und/oder ob die Mischstruktur fehlt ausgerichtet sein kann (zum Beispiel können die Mischleitungen nicht mit den Kraftstoffströmen von dem Kraftstoffinjektor ausgerichtet sein). Das Steuersystem kann einen oder mehrere Prozessoren (zum Beispiel einen oder mehrere Mikroprozessoren, im Feld programmierbare Gatteranordnungen, integrierte Schaltungen oder dergleichen) enthalten, die die Leistung oder Emissionen, die durch den Motor und/oder durch jeden Zylinder des Motors ausgegeben wird bzw. werden, überwachen. Als Reaktion auf eine Feststellung, dass ein Motorzylinder fehlzündet, klopft oder weniger Leistung als andere Zylinder in demselben Motor erzeugt, kann das Steuersystem feststellen, dass ein Gaskanal und/oder Mischleitung einer diesem Zylinder zugeordneten Mischstruktur verstopft sein kann oder dass die Mischstruktur fehl ausgerichtet sein kann. Das Steuersystem kann eine Ausgabe für einen Bediener eine angetriebenen Systems, das den Motor enthält (wie etwa eines Fahrzeugs), beispielsweise eine visuelle, akustische oder sonstige Benachrichtigung, dass die Mischstruktur eine Reparatur, einen Austausch oder eine weitere Inspektion erfordern kann, liefern.
Die Gegenwart einer oder mehrerer Ausführungsformen der Mischstrukturen kann die Notwendigkeit, einen Feuerungsbetrieb von Motoren auszulassen, reduzieren. Ein Auslassen der Feuerung kann umfassen, dass der Kraftstoffinjektor einen Kraftstoff zu einigen, jedoch nicht allen Verbrennungszyklen eines Motorzylinders liefert. Zum Beispiel kann der Kraftstoffinjektor Kraftstoff in das zentrale Volumen einer Mischstruktur hinein während jeder zweiten Motordrehung (anstatt für jede Motordrehung) einleiten. Die Verwendung der Mischstrukturen in Motoren kann die Notwendigkeit, eine Feuerung einiger Motoren auszulassen, reduzieren. Zum Beispiel kann die Hinzufügung der Mischstrukturen zu einem Motor eine vorherige Notwendigkeit, ein überspringendes Zünden zu verwenden, um den Motor zu betreiben, eliminieren. Das Vorhandensein einer oder mehrerer Ausführungsformen der Mischstrukturen kann die Notwendigkeit eines Betriebs bei höheren Kraftstoffinjektionsdrücken, die Notwendigkeit der Verwendung von Nachbehandlungssystemen und/oder die Notwendigkeit der Verwendung mehrerer Kraftstoffinjektionen zur Steuerung von Emissionen reduzieren.
Das Steuersystem eines Fahrzeugs kann die Zeitsteuerung des Motorbetriebs als Reaktion darauf basieren, dass Mischstrukturen zwischen den Kraftstoffinjektoren und Kolbenkronen von Motorzylinder angeordnet sind, sowie basierend darauf, dass die Last an den Motor angelegt wird. Wenn zum Beispiel die Motorlast steigt (zum Beispiel als Reaktion darauf, dass die Drossel mehr geöffnet wird), können größere Mengen an Kraftstoff in die zentralen Volumina der Mischstrukturen hinein injiziert werden. Demgemäß können größere Mengen der Gase in die zentralen Volumina der Mischstrukturen hinein eingezogen werden müssen, damit sie sich mit dem Kraftstoff vermischen, um das Kraftstoff-Gas-Verhältnis des Gemisches aufrechtzuerhalten. Das Steuersystem kann die Motorzylinderzeitsteuerung verändern, um eine längere Zeitdauer zuzulassen, damit mehr Gase als Reaktion auf die Erhöhungen der Motorlast in die zentralen Volumina eintreten können. Zum Beispiel kann das Steuersystem die Kraftstoffinjektoren anweisen, mit der Injektion von Kraftstoff in die Zentralvolumina zu einem früheren Zeitpunkt in dem Motorzyklus zu beginnen. Umgekehrt kann das Steuersystem die Motorzylinderzeitsteuerung als Reaktion auf einer Verringerung der Motorlast verändern, um die Zeitdaure zu reduzieren, in der Gase in die zentralen Volumina eintreten können.
24 veranschaulicht eine Perspektivansicht eines Teils einer weiteren Ausführungsform einer Mischstruktur 2400. Die Mischstruktur weist einen Körper auf, der zwischen einem Kraftstoffinjektor und einem Kolbenkopf positioniert sein kann, wie vorstehend beschrieben. Dieser Körper kann die zentrale Durchlassöffnung oder Kammer enthalten, in der Gas und Kraftstoff miteinander vermischt werden, bevor sie in den Brennraum eines Motorzylinders hineingerichtet werden, wie vorstehend beschrieben. Ein Unterschied zwischen der in 24 veranschaulichten Mischstruktur und den anderen Mischstrukturen besteht darin, dass die Mischstruktur in 24 Mischleitungen 2402 enthält, die die Gaskanäle 2404 überlappen. Ähnlich den vorstehend beschriebenen Gaskanälen können die Gaskanäle in 24 Durchgänge sein, durch die ein Gas in den Innenraum des Körpers der Mischstruktur eingezogen wird, damit es sich mit dem in den Innenraum des Körpers durch eine oder mehrere Kraftstoffinjektoren injizierten Kraftstoff vermischt. Dieses Gas wird in den Kraftstoffsprühstrahl aus dem oder den Kraftstoffinjektoren mitgerissen, um ein Kraftstoff-Gas-Gemisch zu bilden. Die in 24 veranschaulichten Mischleitungen leiten Sprühstrahlen des Kraftstoff-Gas-Gemisches aus der Mischstruktur heraus und in den Brennraum des Motorzylinders hinein. Die Mischleitung überlappt die Gaskanäle insofern, als wenigstens ein Teil 2406 eines oder mehrerer der Gaskanäle sich durch die Mischleitungen hindurch erstreckt, wie in 24 veranschaulicht.
In einer Ausführungsform enthält eine Mischstruktur (zum Beispiel zur Vermischung von Kraftstoff und Gas in einem Motor) einen Körper, der eine Achse definiert und sich von einer Injektorseite in Richtung einer gegenüberliegenden Kolbenseite entlang der Achse erstreckt. Der Körper weist eine nach innen gerichtete Oberfläche in der Nähe der Achse auf, die ein zentrales Volumen definiert, und eine nach außen gerichtete Oberfläche distal von der Achse auf. Die Injektorseite des Körpers ist eingerichtet, um einem Kraftstoffinjektor eines Zylinders eines Motors zugewandt zu sein, während die Kolbenseite des Körpers eingerichtet ist, um einem Kolbenkopf des Motorzylinders zugewandt zu sein. Der Körper weist eine oder mehrere Kanaloberflächen auf, die einen oder mehrere Gaskanäle definieren, die sich durch den Körper hindurch zu und von dem zentralen Volumen erstrecken. Der Körper weist eine oder mehrere Leitungsoberflächen auf, die eine oder mehrere Kraftstoff-Gas-Gemisch-Leitungen bzw. -Kanäle definieren, die sich durch den Körper hindurch zu und von dem zentralen Volumen erstrecken. Es können mehrere Leitungen und mehrere Kanäle vorhanden sein, die beide um die Achse herum radial symmetrisch verteilt sein können. Das zentrale Volumen ist eingerichtet, um eine oder mehrere Kraftstoffströme von dem Kraftstoffinjektor zu empfangen und einen oder mehrere Gasströme von einem oder mehreren Gaskanälen zu empfangen. Das zentrale Volumen, der oder die Kanäle und/oder die Leitung(en) sind derart eingerichtet, dass während eines Betriebs des Motors wenigstens einer der Ströme des Kraftstoffs mit dem einen oder den mehreren Strömen des Gases vermischt werden, um ein Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem bestimmten Verhältnis von Kraftstoff zu Gas zu bilden. Die Kraftstoff-Gas-Gemisch-Leitungen sind eingerichtet, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch aus dem Körper heraus und in einen Brennraum des Motorzylinders hinein zu leiten.
In einer Ausführungsform enthält ein Motor einen Motorblock, der einen Zylinder mit einem Brennraum definiert, einen Kolben, der in dem Zylinder betriebsmäßig angeordnet ist, einen Kraftstoffinjektor und eine Mischstruktur. Der Kraftstoffinjektor ist auf einer Zylinderkopfseite des Zylinders angeordnet. Der Kolben weist einen Kolbenkopf mit einer Krone auf, die dem Brennraum und dem Kraftstoffinjektor zugewandt ist. Die Mischstruktur ist zwischen dem Kolben und dem Kraftstoffinjektor angeordnet. Die Mischstruktur enthält einen Körper, der eine Achse definiert und sich von einer Injektorseite in Richtung einer gegenüberliegenden Kolbenseite entlang der Achse erstreckt. Der Körper weist eine nach innen gerichtete Oberfläche in der Nähe der Achse auf, die ein zentrales Volumen definiert und eine nach außen gerichtete Oberfläche distal von der Achse auf. Die Injektorseite des Körpers ist dem Kraftstoffinjektor zugewandt, während die Kolbenseite des Körpers dem Kolbenkopf zugewandt ist. Der Körper weist eine oder mehrere Kanaloberflächen auf, die einen oder mehrere Gaskanäle definieren, die sich durch den Körper hindurch zu und von dem zentralen Volumen erstrecken. Der Körper weist eine oder mehrere Leitungsoberflächen auf, die eine oder mehrere Kraftstoff-Gas-Mischleitungen definieren, die sich durch den Körper hindurch zu und von dem zentralen Volumen erstrecken. Es können mehrere Leitungen und mehrere Kanäle vorhanden sein, die beide um die Achse herum radial symmetrisch verteilt sein können. Das zentrale Volumen ist eingerichtet, um einen oder mehrere Kraftstoffströme von dem Kraftstoffinjektor sowie einen oder mehrere Gasströme von einem oder mehreren Gaskanälen (zum Beispiel das Gas, das von dem Brennraum empfangen wird) aufzunehmen. Das zentrale Volumen, der oder die Kanäle und/oder die Leitung(en) sind derart eingerichtet, dass während eines Betriebs des Motors wenigstens einer der Ströme des Kraftstoffs mit dem einen oder den mehreren Gasströmen vermischt werden, um ein Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem bestimmten Verhältnis von Kraftstoff zu Gas zu bilden. Die Kraftstoff-Gas-Mischleitungen sind eingerichtet, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch aus dem Körper heraus und in den Brennraum des Motorzylinders hinein zu leiten. Damit wird im Betrieb Gas durch den oder die injizierten Kraftstoffströme aus dem Brennraum durch die Gaskanäle in das zentrale Volumen des Körpers hinein mitgerissen; durch Wechselwirkung zwischen dem Gas und den Kanaloberflächen (die die Gaskanäle definieren) wird Wärmeenergie aus dem Gas auf den Körper übertragen (das heißt eine Temperatur des Gases wird reduziert). Das Gas und der Kraftstoff strömen aus dem zentralen Volumen durch die Kraftstoff-Gas-Mischleitung(en) in den Brennraum hinein; die Kraftstoff-Gas-Mischleitung(en) dienen dazu, eine Vermischung zwischen dem Gas und dem Kraftstoff vor der Einleitung in den Brennraum zu unterstützen. Ein technischer Effekt besteht darin, die Vermischung von Kraftstoff und Gas zu verbessern und die Temperatur des vermischten Kraftstoffs und Gases vor der Einleitung in einen Brennraum (zum Beispiel eines Selbstzündungsmotors) zu reduzieren, wodurch Ruß und sonstige Emissionen reduziert werden. In Ausführungsformen umfasst der Kraftstoffdiesel, und das Gas umfasst Umgebungsluft. Das Gas kann auch mit AGR vermischte Umgebungsluft enthalten. In einer Ausführungsform arbeitet der Motor in einem ersten Modus, in dem das Gas nur Umgebungsluft ist, sowie in einem anderen, zweiten Modus, in dem das Gas ein Gemisch aus Umgebungsluft und AGR ist. Die Menge an AGR kann statisch sein, oder kann gesteuert werden, um basierend auf verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugbetriebsparametern zu variieren.
In beliebigen hierin beschriebenen Ausführungsformen kann der Körper der Mischstruktur im Wesentlichen scheibenförmig sein. Das heißt, eine im Wesentlichen runde oder kreisförmige Struktur in Bezug auf die zentrale Achse. In Ausführungsformen weist die Injektorseite des Körpers einen ersten Durchmesser auf (der durch einen Außenumfang der Injektorseite in Bezug auf eine zu der Achse orthogonale Ebene definiert ist), und die Kolbenseite des Körpers weist einen zweiten Durchmesser auf, der größer ist als derjenige der Injektorseite (und durch einen Außenumfang der Kolbenseite in Bezug auf eine zu der Achse orthogonale Ebene definiert ist), wobei die beiden derart konzentrisch ausgerichtet sind, dass zwischen der Injektorseite und der Kolbenseite eine Stufe definiert ist.
In beliebigen hierin erläuterten Ausführungsformen kann ein Motor mit einer oder mehreren Mischstrukturen an Bord eines Fahrzeugs angeordnet sein, wobei zum Beispiel das Fahrzeug ein Fahrgestellt, einen Rumpf oder eine sonstige Trägerplattform sowie ein Antriebssystem (einschließlich des Motors) zur Bewegung des Fahrzeugs aufweist. Zum Beispiel kann der Motor ein mechanisches Getriebe antreiben, oder der Motor kann eine Lichtmaschine oder einen Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung antreiben, die verwendet wird, um zum Beispiel einen oder mehrere Fahrmotoren anzutreiben, um das Fahrzeug anzutreiben. Alternativ kann der Motor als ein Teil einer stationären oder teilstationären Maschine, wie etwa eine fest installierten oder tragbaren Generators, eingesetzt werden. In jedem Fall kann der Motor relativ groß sein, wobei er zum Beispiel 10-18 Zylinder oder mehr auftreiben kann. In einer Ausführungsform befindet sich ein Motor mit einer oder mehreren Mischstrukturen an Bord eines Nutzfahrzeugs oder einer anderen Bergbauausrüstung, einer Lokomotive oder eines anderen Schienenfahrzeugs oder eines sonstigen geländetauglichen Fahrzeugs; ein derartiges Fahrzeug kann bestimmten staatlichen Vorschriften unterliegen, die die Erzeugung von Ruß und anderen Motoremissionen betreffen, wobei es erwünscht sein kann, dass der Motor eine oder mehrere Mischstrukturen, wie hierin erläutert, aufweist, um zu helfen, die staatlichen Vorschriften zu erfüllen.
In einer Ausführungsform enthält ein Satz von Teilen eine Mischstruktur, wie sie hierin in beliebigen hierin vorgesehenen Ausführungsformen erläutert ist, und einen oder mehrere Bauteile (zum Beispiel Klebstoffe, Befestigungsmittel, Adapter, etc.), die zur Verwendung beim Einsatz der Mischstruktur im Inneren eines Motorzylinders eingerichtet sind. Der Satz von Teilen kann einen Satz von Instruktionen (zum Beispiel auf einem Papier gedruckt oder in elektronischer Form vorgesehen, wie etwa auf einer Website) enthalten, die Bilder, Diagramme und/oder Text oder andere schriftliche Angaben enthalten, um einem Techniker zu erläutern, wie ein Motorzylinder mit der Mischstruktur ausgerüstet werden soll, so dass die Mischstruktur in der hierin beschriebenen Weise funktioniert. In einer weiteren Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Nachrüsten eines Motors ein Entfernen eines Zylinderkopfes, eines Kraftstoffinjektors und/oder anderer Teile eines Motorzylinders, oder die einem Motorzylinder zugeordnet sind, um den Zylinderinnenraum freizulegen, betriebsmäßiges Anbringen einer Mischstruktur, wie sie in beliebigen hierin vorgesehenen Ausführungsformen erläutert ist, nach Bedarf an dem Kraftstoffinjektor, Zylinder oder Kolben (zum Beispiel durch Anschweißen) und erneutes Anbringen jeglicher entfernter Teile (zum Beispiel des Kraftstoffinjektors oder des Zylinderkopfes) des Motors, so dass der Motor für eine Verbrennung von Kraftstoff betriebsfähig ist. Das Verfahren kann ferner ein Aktualisieren einer Betriebssoftware des Motors, unmittelbar (zum Beispiel in dem ein Bediener auf einen Boardcomputer zugreift) oder durch fernbedienten drahtlosen Download oder in sonstiger Weise, um einen Betrieb des Motors zu modifizieren, um das Vorhandensein der Mischstruktur zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann der Motor mit einem magereren oder reichern Kraftstoff-Gas-Gemisch im Vergleich zu einem vorherigen Betrieb des Motors ohne die Mischstruktur betrieben werden. Jeder Zylinder eines Mehrzylindermotors kann mit seiner eigenen, jeweiligen Mischstruktur ausgerüstet werden. In einer Ausführungsform wird jedoch nur ein Teilsatz mehrerer Motorzylinder (das heißt werden weniger als alle der Zylinder eines Motors) mit jeweiligen Mischstrukturen ausgerüstet. Zum Beispiel kann es erwünscht sein, Mischstrukturen nur in Geberzylindern oder nur in Nicht-Geberzylindern, je nach dem Betrieb des betreffenden Motors und in Abhängigkeit davon, wo sie am meisten benötigt oder gewünscht wird, um zum Beispiel eine Rußerzeugung zu reduzieren, einzusetzen (ein Geberzylinder bezeichnet einen Zylinder, dessen Abgas zu dem Motoreinlass rückgeführt wird).
In einer weiteren Ausführungsform enthält ein Verfahren, mit einer Motorsteuerung, die einen oder mehrere Prozessoren aufweist, ein Steuern eines Motors, um wahlweise individuell einen oder mehrere erste Zylinder des Motors zu aktivieren und zu deaktivieren, wobei der eine oder die mehreren ersten Zylinder mit jeweiligen Mischstrukturen, wie hierin erläutert, ausgerüstet sind und wobei wenigstens ein oder mehrere zweite Zylinder des Motors (die sich von den ersten Zylindern unterscheiden) nicht mit Mischstrukturen ausgerüstet sind. Falls zum Beispiel einige Zylinder Mischstrukturen aufweisen und einige nicht, können die während Betriebszeiten, in denen es nicht erforderlich ist, bestimmte Motoremissionswerte zu erfüllen, die ersten deaktiviert und die letzteren aktiviert werden, während die ersten während Betriebszeiten, in denen es erforderlich ist, die bestimmten Motoremissionswerte zu erfüllen, aktiviert und die letzteren deaktiviert werden können. Oder der wahlweise Betrieb kann zum Beispiel auf Umgebungslufttemperaturen beruhen (zum Beispiel der Einsatz von Zylindern mit den Mischstrukturen kann nicht erforderlich oder erwünscht sein, wenn die Lufttemperatur unterhalb einer bestimmten Schwelle liegt).
In einer Ausführungsform ist eine Mischstruktur geschaffen, die einen Körper enthält, der eine Achse definiert und sich von einer Injektorseite entlang der Achse zu einer gegenüberliegenden Kolbenseite hin erstreckt. Der Körper weist eine nach innen gerichtete Oberfläche in der Nähe der Achse auf, die ein zentrales Volumen definiert, und eine nach außen gerichtet Oberfläche distal von der Achse auf. Die Injektorseite des Körpers ist eingerichtet, um einem Kraftstoffinjektor eines Zylinders eines Motors zugewandt zu sein, während die Kolbenseite des Motors eingerichtet ist, um einem Kolbenkopf des Motorzylinders zugewandt zu sein. Der Körper weist eine oder mehrere Kanaloberflächen auf, die einen oder mehrere Gaskanäle definieren, die sich durch den Körper hindurch zu und von dem zentralen Volumen erstrecken. Der Körper weist ferner eine oder mehrere Leitungsoberflächen auf, die eine oder mehrere Kraftstoff-Gas-Mischleitungen definieren, die sich durch den Körper hindurch zu und von dem zentralen Volumen erstrecken. Das zentrale Volumen ist eingerichtet, um einen oder mehrere Kraftstoffströme von dem Kraftstoffinjektor und einen oder mehrere Gasströme von dem einen oder den mehreren Gaskanälen zu empfangen. Während eines Betriebs vermischt sich wenigstens einer der Ströme des Kraftstoffs mit dem einen oder den mehreren Gasströmen, um ein Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem bestimmten Verhältnis von Kraftstoff zu Gas zu bilden. Die Kraftstoff-Gas-Mischleitungen sind eingerichtet, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch aus dem Körper hinaus und in einen Brennraum des Motorzylinders hinein zu leiten.
Optional kann der Körper eine einzige, monolithische, nahtlose Struktur sein. Der eine oder die mehreren Gaskanäle können sich durch den Körper derart erstrecken, dass das Gas von der Außenseite des Körpers aus in das zentrale Volumen des Körpers eingezogen wird. Das bestimmte Verhältnis des Kraftstoff-Gas-Gemisches kann basierend auf wenigstens einem von einer Anzahl, Gestalt, Lage und Größe eines oder mehrerer der Gaskanäle oder der Mischleitungen gesteuert werden. Um zum Beispiel das bestimmte Verhältnis zwischen verschiedenen Mischstrukturen zu verändern, kann der Hersteller oder Modifizierer einer Mischstruktur die Anzahl, Gestalt, Lage und/oder Größe eines oder mehrerer Gaskanäle und/oder einer oder mehrerer Mischstrukturen im Verhältnis zu einer anderen Michleitung verändern, wodurch ein Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem anderen, unterschiedlichen bestimmten Verhältnis von Kraftstoff zu Gas bereitgestellt wird.
Optional können die Gaskanäle gewellte Formen in dem Körper zwischen der nach außen gerichteten Oberfläche und der innen gerichteten Oberfläche des Körpers aufweisen. Jede der Mischleitungen kann eingerichtet sein, um einen Drall, Wirbel und/oder eine Turbulenz in dem hindurchströmenden Kraftstoff-Gas-Gemisch zu erzeugen. Die Mischleitungen können sich von der Achse radial nach außen erstrecken und sind derart eingerichtet, dass jeder Strom des Kraftstoff-Gas-Gemisches in seiner entsprechenden Mischleitung zentriert wird.
Die Injektorseite des Körpers kann einen Stufenabschnitt definieren, um einen Kontakt zwischen dem Körper und einem oder mehreren Einlass- oder Auslassventilen des Motorzylinders während eines Betriebs des Motors zu vermeiden. Wenigstens ein Teil des Körpers kann oberflächenbehandelt oder beschichtet sein.
In einer Ausführungsform wird eine andere Mischstruktur bereitgestellt. Diese Mischstruktur enthält einen Körper, der eingerichtet ist, um zwischen einem Kraftstoffinjektor und einem Zylinder eins Motors positioniert zu sein. Der Körper definiert ein inneres Volumen, das eingerichtet ist, um ein Gas von einer Außenseite des Körpers zu empfangen und um einen oder mehrere Kraftstoffströme von dem Kraftstoffinjektor in dem inneren Volumen zu empfangen. Der Körper definiert ferner eine oder mehrere Mischleitungen, die eingerichtet sind, um Schwaden aus dem Kraftstoff und Gas, während sich diese miteinander vermischen, von dem inneren Volumen zu einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen und durch diese hindurch zu dem Zylinder zu leiten.
Optional kann der Körper eingerichtet sein, um das Gas vor der Vermischung des Gases mit dem Kraftstoff in dem inneren Volumen und der einen oder den mehreren Mischleitungen oder während der Vermischung zu kühlen. Der Körper kann eine Verbindungsstruktur aufweisen, die wenigstens ein Ausrichtungsloch oder einen Ausrichtungsstift definiert. Diese Verbindungsstruktur kann bei der Ausrichtung der Mischleitungen mit Düse des Kraftstoffinjektors unterstützen. Die Verbindungsstruktur kann durch Schrumpfpassung, Presspassung mit einem Zylinderkopf des Motorzylinders verbunden, mit diesem verschweißt, verbolzt, verschraubt oder als einen Teil derselben ausgebildet sein.
Die Mischleitungen können eine oder mehrere Durchlassöffnungen definieren, die mit einem oder mehreren Gaskanälen verbunden sind und eingerichtet sein können, um Strömungen des Gases aus dem einen oder den mehreren Gaskanälen in die Mischleitung hinein während eines Betriebs des Zylinders zu leiten. Jede der Mischleitungen kann eine oder mehrere Vertiefungen, strukturierte Oberflächen, Rillen oder Vorsprünge enthalten, um eine Vermischung der Kraftstoff- und Gasschwaden, die durch die Mischleitungen strömen, zu unterstützen. Die Mischleitungen können eingerichtet sein, um den Kraftstoff und das Gas vor einer Verbrennung der Schwaden in dem Zylinder zu einem homogenen Zustand zu vermischen. Die Mischleitungen können eingerichtet sei, um die Schwaden in den Zylinder derart zu leiten, dass im Vergleich zu einer Verbrennung in dem Zylinder ohne eine Vermischung des Kraftstoff mit dem Gas zu einem homogenen Zustand eine relativ reduzierte Menge oder keine Menge an Ruß, Stickoxiden oder sowohl Ruß als auch Stickoxiden in dem Zylinder erzeugt werden.
Der Körper kann einen Stufenabschnitt aufweisen, der sich über eine Pfadlänge der einen oder mehreren Mischleitungen hinweg erstreckt, während er einen Kontakt des Körpers mit einem oder mehreren Ventilen des Motorzylinders vermeidet.
In einer Ausführungsform enthält eine weitere Mischstruktur eine Einrichtung zum gesonderten Empfangen ein Kraftstoffs von einem Kraftstoffinjektor und zum Empfangen von Gas, eine Einrichtung zur Vermischung des Kraftstoffs mit dem Gas zu einem Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem bestimmten Verhältnis sowie Mittel zur Leitung des Kraftstoff-Gas-Gemisches in einen Brennraum eines Motorzylinders hinein.
Optional kühlt die Einrichtung zum Empfangen des Gases und des Kraftstoffs das Gas, bevor oder während das Gas mit dem Kraftstoff vermischt wird. Die Einrichtung zur Vermischung des Kraftstoffs mit dem Gas zu dem Kraftstoff-Gas-Gemisch kann eine Mischleitung, die innere Wände aufweist, und Mittel zur Hervorrufung einer Turbulenz in den Kraftstoff- und Gasströmen enthalten, um die Homogenität des Kraftstoff-Gas-Gemisches zu erhöhen, sowie Mittel zur Zentrierung und Trennung einer Strömung des Kraftstoff-Gas-Gemisches von den inneren Wänden der Mischleitung enthalten.
Die Einrichtung zur Leitung des Kraftstoff-Gas-Gemisches in den Brennraum hinein leitet optional das Kraftstoff-Gas-Gemisch derart, dass es vor einer Verbrennung in den Brennraum des Motorzylinders eindringt, verzögert die Verbrennung des Kraftstoff-Gas-Gemisches oder leitet das Kraftstoff-Gas-Gemisch in den Brennraum des Motorzylinders vor einer Verbrennung hinein und verzögert die Verbrennung des Kraftstoff-Gas-Gemisches.
In dem hierin verwendeten Sinne sollte ein Element oder Schrittteil, das bzw. der in der Einzahl angegeben ist und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorangestellt ist, derart verstanden werden, dass es mehrere derartige Elemente oder Schritte nicht ausschließt, sofern ein derartiger Ausschluss nicht explizit angegeben ist. Außerdem sollten Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ des vorliegend beschriebenen Gegenstands gegebenenfalls nicht derart interpretiert werden, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen ausschließen, die die angegebenen Merkmale ebenfalls enthalten. Darüber hinaus können, sofern nicht explizit das Gegenteil angegeben ist, Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen“ oder „haben“, zusätzliche derartige Elemente enthalten, die diese Eigenschaft nicht aufweisen.
Es soll verstanden werden, dass die vorstehende Beschreibung dazu bestimmt sein kann, veranschaulichend und nicht beschränkend zu sein. Zum Beispiel können die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen (und/oder deren Aspekte) in Kombination miteinander verwendet werden. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren des hierin erläuterten Gegenstands anzupassen, ohne von dessen Umfang abzuweichen. Während die Dimensionen und Materialarten, wie sie hierin beschrieben sind, dazu bestimmt sein können, die Parameter des Offenbarungsgegenstands zu definieren, können sie in keiner Weise beschränkend sein, und sie können beispielhafte Ausführungsformen darstellen. Der Schutzumfang des hierin beschriebenen Gegenstands sollte folglich unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche gemeinsam mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen derartige Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden. In den beigefügten Ansprüchen können die Ausdrücke „enthalten“ und „in dem/der/denen“ als die sprachlichen Äquivalente der jeweiligen Ausdrücke“ aufweise und „worin“ verwendet werden. Außerdem können in den folgenden Ansprüchen die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“, etc. lediglich als Bezeichnungen verwendet werden, und sie können nicht dazu bestimmt sein, in Objekten numerische Anforderungen aufzuerlegen. Ferner sollten jegliche Beschränkungsmerkmale der folgenden Ansprüche, die nicht ausdrücklich in dem Format Mittel-Plus-Funktion geschrieben sind, nicht auf der Basis von 35 U.S.C. §112(f) interpretiert werden, wobei sich Anspruchsbeschränkungsmerkmale, die ausdrücklich die Formulierung „Mittel zur“, gefolgt von einer Angabe der Funktion, verwenden, auf 35 U.S.C. §112 berufen.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um verschiedene Ausführungsformen des hierin erläuterten Gegenstands, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung der Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung der Verfahren gehören. Der patentierbare Schutzumfang des hierin beschriebenen Gegenstands kann durch die Ansprüche definiert sein und kann weitere Beispiele umfasse, die Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche umfassen.
Es ist eine Kraftstoff- und Gas-Mischstruktur 100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400 für einen Motor geschaffen. Diese Mischstruktur 100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400 enthält einen Körper 102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104, der eingerichtet ist, um zwischen einem Kraftstoffinjektor 304 und einem Zylinder eines Motors positioniert zu sein. Der Körper 102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104 definiert ein inneres Volumen, das eingerichtet ist, um ein Gas von einer Außenseite des Körpers 102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104 zu empfangen und um einen oder mehrere Kraftstoffströme von dem Kraftstoffinjektor 304 in dem inneren Volumen zu empfangen. Der Körper 102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104 definiert ferner eine oder mehrere Mischleitungen 922, 2124, 2402, die eingerichtet ist bzw. sind, um Schwaden aus dem Kraftstoff und Gas, während sich diese vermischen, aus dem inneren Volumen zu einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen und durch diese hindurch zu dem Zylinder zu leiten.
Bezugszeichenliste

100: Einsatzstruktur
101: Luftkanäle
102: Körper
104: Kraftstoffinjektorseite
106: gegenüberliegende Kolbenseite
108: Stufenabschnitt
110: zweiter Abschnitt
112: innere Oberfläche
114: gegenüberliegende distale äußere Oberfläche
116: innere Oberfläche
118: gegenüberliegende distale äußere Oberfläche
120: Kühlrippen
122: Luftmischleitungen
124: zentral angeordnete Volumina
300: Zylinderkopf
302: Motorzylinder
304: Kraftstoffinjektor
306: Krone
308: Kolben
400: Kraftstoff
401: Luftgemisch
402: Gase
500: Einsatzstruktur
502: Körper
526: feste Wand
600: Einsatzstruktur
601: Zwischenraum
602: Körper
603: zentrale Durchlassöffnung
604: Kraftstoffinjektorseite
606: gegenüberliegende Kolbenseite
608: oberer Abschnitt
610: zweiter Abschnitt
614: äußere Oberfläche
620: Abstandshalter
628: Abschnitt
630: konische Stufe oder konischer Abschnitt
638: untere Oberfläche
640: obere Oberfläche
700: Einsatzstruktur
702: Körper
708: oberer Abschnitt
728: Stufe
800: Einsatzstruktur
802: Körper
900: Einsatzstruktur
902: Merkmale, Einrichtungen
904: Körper
906: Achse
908: Injektorseite
910: gegenüberliegende Kolbenseite
912: Luftkanäle
914: Abschnitt
916: nach außen gerichtete Oberfläche
918: Kanaloberflächen
920: Luftkanäle
922: Mischleitungen
924: Kanaloberflächen
926: Wärmemanagementstruktur
1000: nach innen gerichtete Fläche
1002: zentrale Volumina
1004: Öffnung
1100: Vorsprünge
1102: Vertiefungen
1300: Einsatzstruktur
1304: Körper
1306: Achse
1308: Injektorseite
1310: gegenüberliegende Kolbenseite
1314: Abschnitt
1316: gerichtete Oberfläche
1318: Kanaloberflächen
1320: Luftkanäle
1326: Wärmemanagementstruktur
1400: nach innen gerichtete Oberfläche
1402: zentrale Volumina
1404: Öffnung
1500: Einsatzstruktur
1501: bogenförmige Ränder
1503: gerader Rand
1504: Körper
1506: Achse
1508: Injektorseite
1510: gegenüberliegende Kolbenseite
1514: Abschnitt
1516: zugwandte Oberfläche
1518: Kanaloberflächen
1520: Luftkanäle
1526: Wärmemanagementstruktur
1600: nach innen gerichtete Oberfläche
1602: zentrale Volumina
1604: Öffnung
1700: Einsatzstruktur
1704: Körper
1706: Achse
1708: Injektorseite
1710: gegenüberliegende Kolbenseite
1714: Abschnitt
1716: zugwandte Oberfläche
1718: Kanaloberflächen
1720: Luftkanäle
1722: Kanaloberflächen
1724: Mischleitungen
1726: Wärmemanagementstruktur
1800: nach innen gerichtete Oberfläche
1802: zentrale Volumina
1900: Einsatzstruktur
1901: Stufenabschnittsmerkmal
1904: Körper
1908: Injektorseite
1914: Zylinderkopfverbindungsstruktur
2100: Einsatzstruktur
2101: Stufenabschnittsmerkmal
2104: Körper
2108: Injektorseite
2124: Mischleitungen
2300: Durchlassöffnung
2400: Mischstruktur
2402: Mischleitungen
2404: Gaskanäle
2406: Teil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62616702 [0001]
US 62/623194 [0001]

Claims

Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) die aufweist: einen Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104), der eine Achse (906, 1306, 1506, 1706) definiert und sich von einer Injektorseite (908, 1308, 1508, 1708, 1908, 2108) in Richtung einer gegenüberliegenden Kolbenseite (106, 606, 910, 1310, 1510, 1710) entlang der Achse (906, 1306, 1506, 1706) erstreckt, wobei der Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) eine nach innen gerichtete Oberfläche (1000, 1400, 1800) in der Nähe der Achse (906, 1306, 1506, 1706), die ein zentrales Volumen (1802) definiert, und eine nach außen gerichtete Oberfläche (916, 1316, 1516, 1716) distal von der Achse (906, 1306, 1506, 1706) aufweist, wobei die Injektorseite (908, 1308, 1508, 1708, 1908, 2108) des Körpers (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) eingerichtet ist, um einem Kraftstoffinjektor (304) eines Zylinders eines Motors zugewandt zu sein, während die Kolbenseite des Körpers (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) eingerichtet ist, um einem Kolbenkopf des Motorzylinders (302) zugewandt zu sein, und der Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) eine oder mehrere Kanaloberflächen (918, 924, 1318, 1518, 1718, 1722) aufweist, die einen oder mehrere Gaskanäle (101, 912, 920, 1320, 1520, 1720, 2404) definieren, die sich durch den Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) zu und von dem zentralen Volumen (1802) erstrecken, und der Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) eine oder mehrere Leitungsoberflächen aufweist, die eine oder mehrere Kraftstoff-Gas-Mischleitungen definieren, die sich durch den Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) zu und von dem zentralen Volumen (1802) erstrecken, und das zentrale Volumen (1802) eingerichtet ist, um einen oder mehrere Kraftstoffströme (400) von dem Kraftstoffinjektor (304) und einen oder mehrere Gasströme von dem einen oder den mehreren Gaskanälen (101, 912, 920, 1320, 1520, 1720, 2404) zu empfangen, und während eines Betriebs wenigstens einer der Ströme des Kraftstoffs (400) sich mit dem einen oder den mehreren Gasströmen vermischt, um ein Kraftstoff-Gas-Gemisch mit einem bestimmten Verhältnis von Kraftstoff (400) zu Gas zu bilden, und wobei die Kraftstoff-Gas-Mischleitungen eingerichtet sind, um das Kraftstoff-Gas-Gemisch aus dem Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) heraus und in einen Brennraum des Motorzylinders (302) hinein zu leiten.
Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) nach Anspruch 1, wobei der Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) eine einzige, monolithische, nahtlose Struktur (2100) ist; und/oder wobei wenigstens ein Abschnitt des Körpers (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) oberflächenbehandelt oder beschichtet ist.
Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der eine oder die mehreren Gaskanäle (101, 912, 920, 1320, 1520, 1720, 2404) sich durch den Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) derart erstrecken, dass das Gas von der Außenseite des Körpers (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) in das zentrale Volumen (1802) des Körpers (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) eingezogen wird.
Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bestimmte Verhältnis des Kraftstoff-Gas-Gemisches basierend wenigstens auf einem von einer Anzahl, Form, Lage und Größe eines oder mehrerer der Gaskanäle (101, 912, 920, 1320, 1520, 1720, 2404) oder der Mischleitungen (922, 2124, 2402) gesteuert wird; und/oder wobei die Gaskanäle (101, 912, 920, 1320, 1520, 1720, 2404) gewellte Formen in dem Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) zwischen der nach außen gerichteten Oberfläche (916, 1316, 1516, 1716) und der nach innen gerichteten Oberfläche (1000, 1400, 1800) des Körpers (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) aufweisen.
Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Mischleitungen (922, 2124, 2402) eingerichtet ist, um einen Drall, Wirbel und/oder eine Turbulenz in dem hindurchströmenden Kraftstoff-Gas-Gemisch zu erzeugen, und/oder wobei die Mischleitungen (922, 2124, 2402) sich von der Achse (906, 1306, 1506, 1706) radial nach außen erstrecken und derart eingerichtet sind, dass jeder Strom des Kraftstoff-Gas-Gemisches in seiner entsprechenden Mischleitung zentriert wird.
Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Injektorseite (908, 1308, 1508, 1708, 1908, 2108) des Körpers (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) einen Stufenabschnitt (108) (628, 630, 926, 1326, 1526, 1726) definiert, um einen Kontakt zwischen dem Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) und einem oder mehreren Einlass- oder Auslassventilen des Motorzylinders (302) während eines Betriebs des Motors zu vermeiden.
Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400), die aufweist: einen Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104), der eingerichtet ist, um zwischen einem Kraftstoffinjektor (304) und einem Zylinders eines Motors positioniert zu sein, wobei der Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) ein inneres Volumen definiert, das eingerichtet ist, um ein Gas von einer Außenseite des Körpers (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) zu empfangen und um einen oder mehrere Kraftstoffströme von dem Kraftstoffinjektor (304) in dem inneren Volumen zu empfangen, und wobei der Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) eine oder mehrere Mischleitungen (922, 2124, 2402) definiert, die eingerichtet sind, um Schwaden des Kraftstoffs und Gases, während sich diese miteinander vermischen, aus dem inneren Volumen zu einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen und durch diese hindurch zu dem Zylinder zu leiten.
Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) nach Anspruch 7, wobei der Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) eingerichtet ist, um das Gas vor oder während der Vermischung des Gases mit dem Kraftstoff in dem inneren Volumen und der einen oder den mehreren Mischleitungen (922, 2124, 2402) zu kühlen.
Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Körper (102, 502, 602, 702, 802, 904, 1304, 1504, 1704, 1904, 2104) eine Verbindungsstruktur aufweist, die wenigstens ein Ausrichtungsloch oder einen Ausrichtungsstift definiert, und wobei die Mischleitungen (922, 2124, 2402) jeweils mit einer Düse des Kraftstoffinjektors (304) ausgerichtet sind; wobei die Verbindungsstruktur vorzugsweise mit einem Zylinderkopf des Motorzylinders durch Schrumpfpassung, Presspassung verbunden, verschweißt, verbolzt, verschraubt oder als ein Teil desselben ausgebildet ist.
Mischstruktur (100, 500, 600, 700, 800, 900, 1002, 1300, 1500, 1700, 1900, 2100, 2400) nach einem beliebigen der Ansprüche 7-9, wobei die Mischleitungen (922, 2124, 2402) eine oder mehrere Durchlassöffnungen definieren, die mit einem oder mehreren Gaskanälen (101, 912, 920, 1320, 1520, 1720, 2404) verbunden sind, und die Mischleitungen (922, 2124, 2402) eingerichtet sind, um Strömungen des Gases während eines Betriebs des Zylinders aus dem einen oder den mehreren Gaskanälen (101, 912, 920, 1320, 1520, 1720, 2404) in die Mischleitung zu leiten; und/oder wobei jede der Mischleitungen (922, 2124, 2402) eine oder mehrere Vertiefungen, strukturierte Oberflächen, Rillen oder Vorsprünge enthält, um eine Vermischung der Kraftstoff- und Gasschwaden, die durch die Mischleitungen (922, 2124, 2402) strömen, zu unterstützen.