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EINLEITUNG
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Fremdzündungsmotoren (SI) führen ein Luft-/Kraftstoffgemisch in jeden Zylinder ein, der während eines Verdichtungstaktes zusammengedrückt und durch eine Zündkerze gezündet wird. Fremdzündungsmotoren können in verschiedenen Verbrennungsmodi arbeiten, einschließlich als nicht einschränkende Beispiele, einem homogenen SI-Verbrennungsmodus und einem geschichteten Ladungs-SI-Verbrennungsmodus. SI-Motoren können auch so konfiguriert sein, dass sie in einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung (HCCI) arbeiten, der auch als gesteuerter Selbstzündungsverbrennungsmotor unter vorbestimmten Drehzahl-/Lastbetriebsbedingungen bezeichnet wird. HCCI-Verbrennung ist ein verteilter, flammenloser, kinetisch gesteuerter Selbstzündungsverbrennungsprozess, wobei der Motor bei einem verdünnten Luft/Kraftstoffgemisch, d. h. Magerung eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Punktes, mit relativ niedrigen Spitzenverbrennungstemperaturen, was zu niedrigem NOx Emissionen führt.
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KURZDARSTELLUNG
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Es werden Verbrennungszündvorrichtungen bereitgestellt, die in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors angeordnet sind. Die Verbrennungszündvorrichtungen beinhalten eine Vorkammerschale mit einer Innenfläche, die eine Vorkammer definiert, und eine oder mehrere Öffnungen, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Vorkammer und der Brennkammer herstellen, einen Barrierenentladungs-Plasmazünder, der einen in der Vorkammer angeordneten Spitzenabschnitt beinhaltet, und ein oder mehrere Plasma-Ausbreitungsmerkmale, die sich von der Vorkammer-Mantelinnenfläche in die Vorkammer erstrecken. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können ein feuerfestes Metall beinhalten. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können eine Kegel- oder Keilform aufweisen. Die Vorkammerschale kann eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung oder ein feuerfestes Metall sein. Der Barrierenentladungs-Plasmazünder kann eine Elektrode beinhalten, die einen Spitzenabschnitt beinhaltet, der in einem dielektrischen Material eingekapselt ist. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können in Richtung des Spitzenabschnitts des Barrierenentladungs-Plasmazünders vorgespannt werden. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können eine Oberflächenrauhigkeit von bis zu etwa 150 Mikrometer aufweisen. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können eine Vielzahl von plasmaausbreitenden Merkmalen beinhalten. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können sich von der Innenfläche der Vorkammerschale um bis zu etwa 7 Millimeter nach innen erstrecken. Die Verbrennungszündvorrichtung kann ferner ein Vorkammer-Kraftstoffeinspritzventil mit einem in der Vorkammer angeordneten Spitzenabschnitt und ein Vorkammer-Lufteinspritzventil mit einem in der Vorkammer angeordneten Spitzenabschnitt beinhalten.
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Ebenfalls vorgesehen sind Verbrennungsmotoren, die Folgendes beinhalten können: eine Zylinderbohrung, einen Zylinderkopf und einen Kolben, der zusammenwirkt, um eine Brennkammer zu bilden, eine Kraftstoffeinspritzdüse, die angeordnet ist, um Kraftstoff in die Brennkammer einzuspritzen, und eine Verbrennungszündvorrichtung, die in der Brennkammer angeordnet ist. Die Verbrennungszündvorrichtung kann eine Vorkammerschale mit einer Innenfläche beinhalten, die eine Vorkammer definiert, und eine oder mehrere Öffnungen, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Vorkammer und der Brennkammer herstellen, sowie einen Barrierenentladungs-Plasmazünder, der einen in der Vorkammer angeordneten Spitzenabschnitt beinhaltet. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können ein feuerfestes Metall beinhalten. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können eine Kegel- oder Keilform aufweisen. Die Vorkammerschale kann eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung sein. Der Barrierenentladungs-Plasmazünder kann eine Elektrode beinhalten, die einen Spitzenabschnitt beinhaltet, der in einem dielektrischen Material eingekapselt ist. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können in Richtung des Spitzenabschnitts des Barrierenentladungs-Plasmazünders vorgespannt werden. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können eine Oberflächenrauhigkeit von bis zu etwa 150 Mikrometer aufweisen. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können eine Vielzahl von plasmaausbreitenden Merkmalen beinhalten. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale können sich von der Innenfläche der Vorkammerschale um bis zu etwa 7 Millimeter nach innen erstrecken. Der Verbrennungsmotor kann ferner ein Vorkammer-Kraftstoffeinspritzventil mit einem in der Vorkammer angeordneten Spitzenabschnitt und ein Vorkammer-Lufteinspritzventil mit einem in der Vorkammer angeordneten Spitzenabschnitt beinhalten.
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Weitere Zwecke, Vorteile und neuartige Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen und den beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 veranschaulicht eine schematische Querschnittsansicht eines einzelnen Zylinders für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor und eine zugehörige Motorsteuerung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
- 2 veranschaulicht eine schematische Querschnittsansicht einer VerbrennungsZündvorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die hierin beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer Vielfalt von verschiedenen Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung, wie beansprucht, einzuschränken, sondern sie ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Obwohl zahlreiche spezielle Einzelheiten in der folgenden Beschreibung dargelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können zudem einige Ausführungsformen ohne einige dieser Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus wurde der Klarheit halber bestimmtes technisches Material, das im Stand der Technik bekannt ist, nicht im Detail beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden. Des Weiteren sind die Zeichnungen vereinfacht und nicht im exakten Maßstab dargestellt. Zum Zweck der Einfachheit und Klarheit können richtungsbezogene Begriffe mit Bezug auf die Zeichnungen verwendet werden. Diese und ähnliche richtungsweisende Begriffe sind nicht so auszulegen, um den Umfang der Offenbarung zu beschränken. Außerdem kann die Offenbarung, wie hierin veranschaulicht und beschrieben, in Abwesenheit eines Elements ausgeführt werden, das nicht ausdrücklich hierin offenbart ist.
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Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen, worin die Darstellungen zur Veranschaulichung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und nicht zu dem Zwecke der Beschränkung derselben dienen, zeigt 1 eine schematische Querschnittsansicht eines einzelnen Zylinders für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor (Motor) 100 und eine zugeordnete Motorsteuerung (ECM) 60. Der Motor 100 beinhaltet einen Motorblock 12, der eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 28 definiert, die bewegliche Kolben 14 enthalten, von denen einer gezeigt ist. Ein Zylinderkopf 18 ist auf einem nominalen oberen Abschnitt des Motorblocks 12 angeordnet und eine drehbare Kurbelwelle (nicht gezeigt) ist an einem nominalen unteren Abschnitt des Motorblocks 12 angeordnet. Jede der Zylinderbohrungen 28 beherbergt einen der beweglichen Kolben 14. Die Wände der Zylinderbohrung 28, ein oberer Teil des Kolbens 14 und ein innerer freiliegender Teil des Zylinderkopfes 18 definieren äußere Begrenzungen einer Brennkammer 16 mit variablem Volumen, die darin angeordnet ist. Jeder Kolben 14 koppelt mechanisch mit einer Pleuelstange, die drehbar mit der Kurbelwelle koppelt, und der Kolben 14 verschiebt sich innerhalb der Zylinderbohrung 28 in einer Hin- und Herbewegung einer Position des oberen Totpunkts (TDC) und einer Position des unteren Totpunkts (BDC), um während jedes Verbrennungszyklus mechanische Kraft auf die Kurbelwelle zu übertragen. Der Motor 100 arbeitet vorzugsweise in einem Viertakt-Verbrennungszyklus, der wiederholt ausgeführte Einlass-, Kompressions-, Expansions- und Auslasshübe beinhaltet, worin die Hübe der Übersetzung des Kolbens 14 zugeordnet und mit der Zylinderbohrung 28 verbunden sind. Der Betrieb des Motors 100 wird durch das ECM 60 gesteuert, das mit einem Kraftstoffeinspritzsystem in Verbindung steht, um ein Kraftstoffeinspritzventil 25 zur Kraftstoffeinspritzung zu steuern, und kommuniziert mit einer Plasmazündungssteuerung 50 über die Leitung 62, um den Betrieb einer Verbrennungszündvorrichtung 30 zu steuern, die eine Vielzahl von dielektrischen Barrierenentladungs-Plasmazünder (Plasmazünder) 31 (siehe 2) enthält, die teilweise im Zylinderinneren angeordnet sind. In einer Ausführungsform ist der Plasmazünder 31 als ein grundloser dielektrischer Barrierenentladungsplasmazünder konfiguriert, obwohl die hierin beschriebenen Konzepte nicht darauf beschränkt sind. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „grundlos“ die Abwesenheit eines diskreten Elements oder einer Struktur proximal zu dem Plasmazünder 31, der dazu in der Lage wäre, elektrisch mit einem Massepfad zu verbinden. Einzelheiten der Verbrennungszündvorrichtung 30 sind unter Bezugnahme auf 2 gezeigt. Die Verbrennungszündvorrichtung 30, die eine Ausführungsform des hierin beschriebenen Plasmazünders enthält, wird vorzugsweise als Ersatz für ein Funkenzündmodul und eine Zündkerze verwendet und erleichtert den Betrieb bei mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen einschließlich eines Betriebs in HCCI- und anderen Verbrennungsmodi.
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Der Zylinderkopf 18 beinhaltet einen Einlassanschluss oder -läufer 24, der in Fluidverbindung mit der Brennkammer 16 steht, wobei ein Einlassventil 20 angeordnet ist, um den Luftstrom in die Brennkammer 16 zu steuern. Der Zylinderkopf 18 auch beinhaltet auch einen Auslassanschluss oder -läufer 26, der in Fluidverbindung mit der Brennkammer 16 steht, wobei ein Auslassventil 22 angeordnet ist, um den Abgasstrom aus der Brennkammer 16 zu steuern. 1 zeigt ein einzelnes Einlassventil 20 und ein einziges Auslassventil 22, die der Brennkammer 16 sind, es versteht sich jedoch, dass jede Brennkammer 16 mit mehreren Einlassventilen und/oder mehreren Auslassventilen konfiguriert sein kann. Der Motorluftstrom kann durch selektives Einstellen der Position eines Drosselventils (nicht gezeigt) und Einstellen von Öffnungen und/oder Schließungen der Einlassventile 20 und der Auslassventile 22 in Bezug auf Kolbenpositionen gesteuert werden. Ein variables Ventilbetätigungssystem 21 ist angeordnet, um Öffnungen und Schließungen der Einlassventile 20 zu steuern, und ein variables Ventilbetätigungssystem 23 ist angeordnet, um Öffnungen und Schließungen der Auslassventile 22 zu steuern. Das variable Einlass- und Auslass-Ventilbetätigungssysteme 21, 23 können eine variable Nockenphaseneinstellung und einen wählbaren mehrstufigen Ventilhub beinhalten, z. B. mehrstufige Nockenwellen, die zwei oder mehr Ventilhubpositionen bereitstellen, und die Vorrichtungen von Ventilfedern und Lappen an einer oder mehreren rotierenden Nockenwellen verwenden, die drehbar mit der Kurbelwelle gekoppelt sind, oder andere geeignete Mechanismen, um eine derartige Steuerung zu bewirken. Die Änderung der Ventilstellung des mehrstufigen Ventilhubmechanismus kann eine diskrete Schrittänderung sein.
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Der Zylinderkopf 18 kann so angeordnet sein, um eine Struktur zum Anbringen von Kraftstoffeinspritzdüsen 25 bereitzustellen, von denen ein einzelne dargestellt ist. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 25 ist angeordnet, um Kraftstoff in eine der Brennkammern 16 einzuspritzen. In einer Ausführungsform ist die Kraftstoffeinspritzdüse 25 mit einer Kraftstoff-Vorbrennkammer angeordnet, die in einem geometrisch zentralen Abschnitt eines zylindrischen Querschnitts der Brennkammer 16 angeordnet ist und mit einer Längsachse davon fluchtet. Die Kraftstoffeinspritzdüse 25 koppelt mit einem Kraftstoffeinspritzsystem, das unter Druck stehenden Kraftstoff mit einer Strömungsrate zuführt, die geeignet ist, den Motor 100 zu betreiben. Die Kraftstoffeinspritzdüse 25 beinhaltet ein Strömungssteuerventil und eine Kraftstoff-Vorbrennkammer, die angeordnet ist, um Kraftstoff in die Brennkammer 16 einzuspritzen. Der Kraftstoff kann eine geeignete Zusammensetzung sein, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, Benzin, Ethanol, Diesel, Erdgas und Kombinationen davon. Die Kraftstoff-Vorbrennkammer kann sich durch den Zylinderkopf 18 in die Brennkammer 16 erstrecken. Weiterhin kann der Zylinderkopf 18 mit dem Kraftstoffeinspritzventil 25 und der Kraftstoff-Vorbrennkammer angeordnet sein, die in einem geometrisch zentralen Abschnitt eines zylindrischen Querschnitts der Brennkammer 16 angeordnet und mit einer Längsachse davon ausgerichtet ist. Die Kraftstoff-Vorbrennkammer kann in Übereinstimmung mit der Verbrennungszündvorrichtung 30 zwischen dem Einlassventil 20 und dem Auslassventil 22 angeordnet sein. Alternativ kann der Zylinderkopf 18 mit der Kraftstoffbrennstoff-Vorkammer angeordnet sein, die in einer Linie mit der Verbrennungszündvorrichtung 30 und orthogonal zu einer Linie zwischen dem Einlassventil 20 und dem Auslassventil 22 angeordnet ist. Alternativ kann der Zylinderkopf 18 mit der Kraftstoff-Vorbrennkammer in einer seitlichen Einspritzkonfiguration angeordnet sein. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzventil 25 in einer Kraftstoffeinspritzkanalkonfiguration angeordnet sein, wobei eine Kraftstoff-Vorbrennkammer in dem Einlasskanal 24 angeordnet ist. Die Anordnungen des Zylinderkopfes 18 einschließlich der Kraftstoff-Vorbrennkammer und der hierin beschriebenen Verbrennungszündvorrichtung 30 dienen zur Veranschaulichung. Andere geeignete Anordnungen können im Rahmen dieser Offenbarung angewendet werden.
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2 veranschaulicht eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform der Verbrennungszündvorrichtung 30, die eine Vorkammerschale 42 mit einer Innenfläche 46, die eine Vorkammer 44 definiert, und den Plasmazünder 31, der einen Spitzenabschnitt 34 beinhaltet, der innerhalb einer Vorkammer 44 angeordnet ist, beinhaltet. Der Zylinderkopf 18 kann so angeordnet sein, dass er eine Struktur zum Anbringen der Verbrennungszündvorrichtung 30 bereitstellt, vorzugsweise in Form einer Durchgangsöffnung 19. Der Zylinderkopf 18 verbindet sich elektrisch mit einer elektrischen Masse 56. Der Plasmazünder 31 kann fest an einem Befestigungsvorsprung 29 oder einer anderen geeigneten Struktur angebracht sein. Der Befestigungsvorsprung 29 ist vorzugsweise durch die Durchgangsöffnung 19 im Zylinderkopf 18 eingesetzt und an dieser befestigt, sodass die Vorkammer 44 in die Brennkammer 16 hineinragt. Ein erstes Ende 35 der Elektrode 33 kann sich elektrisch mit der Plasmazündungssteuerung 50 verbinden.
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Die Vorkammerschale 42 beinhaltet eine oder mehrere Öffnungen 43, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Vorkammer 44 und der Brennkammer 16 herstellen. Der Düsenkörper kann beispielsweise zwischen drei und zehn Öffnungen 43 umfassen. In einer Ausführungsform kann es zwischen drei und zehn Öffnungen 43 geben, die jeweils einen Durchmesser von etwa 320 Mikron aufweisen. Die Öffnungen 43 können um eine Mittellinienachse der Zylinderbohrung 28 in gleich beabstandeten Winkeln angeordnet sein, beispielsweise zwischen 60 Grad und 160 Grad von der Mittellinienachse der Zylinderbohrung 28.
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Jeder Plasmazünder 31 beinhaltet mindestens eine einzelne Elektrode 33 mit einem Spitzenabschnitt 34, der in die Vorkammer 44 hineinragt. Die Elektrode 33 und der Spitzenabschnitt 34 können in einer dielektrischen Beschichtung 32 eingekapselt sein. In einer Ausführungsform kann die dielektrische Beschichtung 32 eine Dicke von etwa 1 mm bis etwa 5 mm aufweisen. Die dielektrische Beschichtung 32 stellt eine dielektrische Barriere um den Spitzenabschnitt 34 der Elektrode 33 bereit. Als solches ist der Spitzenabschnitt 34 der Elektrode 33 vollständig durch das dielektrische Material, das die dielektrische Beschichtung 32 bildet, eingekapselt. Die dielektrische Beschichtung 32 kann in einer kegelstumpfförmigen Form konfiguriert sein, die sich in Richtung des Spitzenabschnitts 34 verjüngt, obwohl Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass andere geometrische Konfigurationen praktikabel sind und die Elektrode 33 und die dielektrische Beschichtung 32 ansonsten in Bezug auf die Kontur des Spitzenabschnitts 34 geformt und/oder konturiert sein können. Beispielsweise kann der Spitzenabschnitt 34 als ein kegelförmiges Ende, ein zylindrisches Ende, ein abgeschrägtes zylindrisches Ende usw. geformt sein. Andere Querschnittsformen, z. B. oval, rechteckig, sechseckig usw. können verwendet werden. Andere Konfigurationen von dielektrischen Barrierenentladungsplasmazündern können mit ähnlicher Wirkung verwendet werden. Das dielektrische Material kann ein geeignetes dielektrisches Material sein, das in der Lage ist, den Temperaturen und Drücken zu widerstehen, die in einer Motorbrennkammer auftreten können. Das dielektrische Material kann beispielsweise ein Glas-, Quarz- oder keramisches dielektrisches Material sein, wie ein hochreines Aluminiumoxid.
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Die Vorkammer 44 wird durch die in der Brennkammer 16 enthaltenen Kraftstoff-, Luft- und Verbrennungsprodukte gespeist. In einer Ausführungsform beinhaltet die Verbrennungszündvorrichtung 30 ferner ein Vorkammer-Lufteinspritzventil 40, das einen Spitzenabschnitt 41 beinhaltet, der in der Vorkammer angeordnet ist. In einer Ausführungsform enthält die Verbrennungszündvorrichtung 30 auch ein Vorkammer-Kraftstoffeinspritzventil 38 mit einem Spitzenabschnitt 39, der in der Vorkammer angeordnet ist. In einer Ausführungsform beinhaltet die Verbrennungszündvorrichtung 30 auch ein Vorkammer-Lufteinspritzventil 40 und einen Vorkammer-Kraftstoffeinspritzventil 38. Das Vorkammer-Kraftstoffeinspritzventil 38 kann eine geeignete Kraftstoffeinspritzvorrichtung sein, die in der Lage ist, Kraftstoff steuerbar in die Vorkammer 44 zu liefern, während sie der Temperatur- und Druckumgebung im Zylinderinneren standhält. Das Vorkammer-Lufteinspritzventil 40 kann eine geeignete Lufteinspritzvorrichtung sein, die in der Lage ist, Luft steuerbar in die Vorkammer 44 zu liefern, während sie der Temperatur- und Druckumgebung im Zylinderinnen standhält.
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Die Plasmazündungssteuerung 50 steuert den Betrieb des Plasmazünders 31 unter Verwendung von elektrischer Energie, die von einer Energiequelle 55, z. B. einer Gleichstromquelle, zugeführt wird. Die Plasmazündungssteuerung 50 ist auch elektrisch mit dem elektrischen Massepfad 56 verbunden, wodurch eine elektrische Masseverbindung mit dem Zylinderkopf 18 gebildet wird. Die Plasmazündungssteuerung 50 verbindet sich elektrisch mit jedem der Plasmazünder 31, vorzugsweise über eine Vielzahl von elektrischen Kabeln 52, von denen ein einziges gezeigt ist. Die Plasmazündungssteuerung 50 beinhaltet eine Steuerschaltung, die dazu konfiguriert ist, einen hochfrequenten elektrischen Hochspannungsimpuls zu erzeugen, der jedem Plasmazünder 31 über das elektrische Kabel 52 zugeführt wird, um ein Plasmaentladungsereignis zu erzeugen, das die Kraftstoff-Luft-Zylinderladungen in Reaktion auf Steuersignale, die vom ECM 60 stammen können, entzündet. Ein Stromsensor kann angeordnet sein, um das elektrische Kabel 52 zu überwachen, um einen elektrischen Strom zu erfassen, der von der Plasmazündungssteuerung 50 dem Plasmazünder 31 während jedes Plasmaentladungsereignisses zugeführt wird. Der Stromsensor kann direkte oder indirekte Stromerfassungstechnologien in Verbindung mit Signalverarbeitungsschaltungen und Algorithmen verwenden, um einen Parameter zu bestimmen, welcher der Größe des Stroms zugeordnet ist, der jedem Plasmazünder 31 zugeführt wird. Derartige Stromerfassungstechniken können mittels nicht einschränkenden Ausführungsformen Induktions-, Shuntwiderstand oder Hall-Effekt-Erfassungstechniken beinhalten.
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Die Verbrennungszündvorrichtung 30 umfasst ferner ein oder mehrere Plasma-Ausbreitungsmerkmale 45, die sich von der Vorkammer-Innenfläche 46 der Vorkammer 42 in die Vorkammer 44 erstrecken. Während jedes Plasmaentladungsereignisses arbeitet die Plasmazündungssteuerung 50 zur Erzeugung eines hochfrequenten elektrischen Hochspannungsimpulses, welcher der Elektrode 33 über das elektrische Kabel 52 zugeführt wird. In einem Beispiel, der hochfrequente, Hochspannung elektrischen Impulses kann eine Spitze Primärspannung 100 V, Sekundärspannungen zwischen 10 und 70 kV, eine Dauer von 2,5 ms und eine Gesamtenergie von 1,0 J, mit einer Frequenz nahe einem Megahertz (MHz). Das Plasmaentladungsereignis erzeugt einen oder mehrere Plasmaentladungsströme, die am Befestigungsvorsprung 29 entstehen und sich zum Spitzenabschnitt 34 hin ausbreiten. Die Plasmaentladungsströme wirken mit der Zylinderladung zusammen und zünden diese, wobei sie in der Brennkammer 16 verbrennt, um mechanische Kraft zu erzeugen. Das eine oder die mehreren Plasma-Ausbreitungsmerkmale 45 dienen dazu, die einen oder mehreren Plasmaentladungsströme von dem Spitzenabschnitt 34 weg in der Vorkammer 44 auszubreiten. Entsprechend ist die Verbrennung innerhalb der Vorkammer die spezifischen Details der Konfiguration des Plasmazünders 31, seiner Anordnung in der Brennkammer 16 und der Betriebsparameter (Spitzenspannung, Frequenz und Dauer), die mit der elektrischen Leistung und dem Zeitpunkt der Aktivierung während jedes Plasmaentladungsereignisses verbunden sind, sind anwendungsspezifisch und werden vorzugsweise ausgewählt, um die gewünschten Verbrennungseigenschaften innerhalb der Brennkammer 16 zu erreichen. Die Vielzahl von Plasmaentladungsströmen erzeugt eine große Entladungsfläche für eine effektive Flammenentwicklung in Zylinderladungen, die eine stöchiometrische homogene, magere homogene, fette homogene und/oder mager/fett geschichtete und mager gesteuerte Selbstzündung sein kann.
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Wie in 2 veranschaulicht, umfasst die Verbrennungszündvorrichtung 30 vier Plasma-Ausbreitungsmerkmale 45, die dargestellt werden, wie sie vier entsprechende Plasmaentladungsströme weg vom Plasmazünder 31 ausbreiten. Die Anzahl, Lage und Form derartiger Plasma-Ausbreitungsmerkmale 45 kann ausgewählt werden, um die Ausbreitung von Plasmaentladungsströmen innerhalb der Vorkammer 44 zu optimieren. In einigen Ausführungsformen können die Plasma-Ausbreitungsmerkmale 45 unter anderem Kegel- und/oder Keilgeometrien umfassen. Die Plasma-Ausbreitungsmerkmale 45 können in Richtung des Spitzenabschnitts 34 vorgespannt werden, um die Ausbreitung von Plasmaentladungsströmen weg von Restkraftstoff und/oder Abgas zu leiten, die sich in der Nähe des Montagestutzens 29 ansammeln können. Die Plasma-Ausbreitungsmerkmale 45 können aufgeraute Oberflächen oder Zacken und/oder Nuten umfassen, um Elektronen besser anzuziehen. So können beispielsweise die Plasma-Ausbreitungsmerkmale eine Oberflächenrauigkeit von bis zu etwa 100 µm, bis zu etwa 125 µm oder bis zu etwa 150 µm umfassen. Die plasmaausbreitenden Merkmale können sich beispielsweise von der Innenfläche 46 der Vorkammerschale 42 bis zu etwa 5 mm, bis zu etwa 6 mm oder bis zu etwa 7 mm nach innen erstrecken. Die plasmaausbreitenden Merkmale können sich von der Innenfläche 46 der Vorkammerschale 42 um einen Abstand von bis zu etwa 45 % des Radius der Vorkammer 22, bis zu etwa 50 % des Radius der Vorkammer 22 oder bis zu etwa 55 % des Radius der Vorkammer 22 in einigen Ausführungsformen nach innen erstrecken.
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Die plasmaausbreitenden Merkmale 45 können leitfähige Metalle und Metalllegierungen umfassen, wie Kupferlegierungen und Aluminiumlegierungen, und können insbesondere feuerfeste Metalle, wie etwa Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Zirkonium, Niob, Molybdän, Technetium, Ruthenium, Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium und Iridium umfassen. Die Vorkammerschale kann Metalle und Metalllegierungen umfassen, wie Kupferlegierungen und Aluminiumlegierungen, und kann auch feuerfeste Metalle umfassen.
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Während vorstehend exemplarische Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen beinhaltet sind. Vielmehr dienen die in der Spezifikation verwendeten Worte der Beschreibung und nicht der Beschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, um Vorteile zu bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Merkmale bevorzugt zu sein, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass ein oder mehrere Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Daher sind Ausführungsformen, die nach dem Stand der Technik, in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
