DE102019125057A1

DE102019125057A1 - Motor und systeme für einen motor

Info

Publication number: DE102019125057A1
Application number: DE102019125057.9A
Authority: DE
Inventors: Justin Thomas Brumberg
Original assignee: GE Global Sourcing LLC
Current assignee: Transportation IP Holdings LLC
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2020-04-16
Also published as: DE102019009085A1; US10830173B2; CN110905682B; CN110905682A; US20200088130A1

Abstract

Es sind verschiedene Systeme für einen Kolben für einen Motor bereitgestellt. Der Kolben hat einen Kolbenkopf, der mehrere Vorsprünge zur Verstärkung der Vermischung in einer Brennkammer umfasst. Als ein Beispiel umfasst ein Kolbenkopf mehrere Vorsprünge, die sich von einer Oberseite des Kolbenkopfs nach außen erstrecken und um einen Umfang des Kolbenkopfs herum voneinander beabstandet sind, wobei jeder Vorsprung der mehreren Vorsprünge in der Höhe zunimmt und in der Breite abnimmt, wenn sich der Vorsprung von einer Mittelachse des Kolbenkopfs nach außen erstreckt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/732,948 mit dem Titel „LOCOMOTIVE ENGINE“, die am 18. September 2018 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt der oben genannten Anmeldung ist hiermit für jeden Verwendungszweck durch Bezugnahme mit aufgenommen.
HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen des hier offenbarten Gegenstandes beziehen sich auf einen Kolbenkopf eines Kolbens eines Verbrennungssystems für einen Motor.
ERÖRTERUNG DES STANDES DER TECHNIK
Ein Verbrennungssystem für einen Motor kann eine Brennkammer umfassen, die durch einen Zylinder und einen im Zylinder angeordneten Kolben gebildet ist. Der obere Bereich der Brennkammer kann eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer in Richtung zum oberen Bereich des Kolbens umfassen. Der Kolben umfasst einen Kolbenkopf mit einer Oberseite, die der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zugewandt ist. Bei einem Kompressionszündungsmotor bewegt sich der Kolben innerhalb des Zylinders, um Luft im Inneren der Brennkammer zu komprimieren. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung spritzt dann Kraftstoff in die Brennkammer ein und der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der heißen, komprimierten Luft und entzündet sich.
KURZE BESCHREIBUNG
In einer Ausführungsform umfasst ein Kolben einen Kolbenkopf. Der Kolbenkopf umfasst mehrere Vorsprünge, die sich von einer Oberseite des Kolbenkopfs nach außen erstrecken und um einen Umfang des Kolbenkopfs herum voneinander beabstandet sind. Jeder Vorsprung der mehreren Vorsprünge nimmt in der Höhe zu und in der Breite ab, wenn sich der Vorsprung von einer Mittelachse des Kolbenkopfs nach außen erstreckt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine schematische Abbildung eines Fahrzeugs mit einem Motor gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
2 zeigt eine schematische Abbildung eines beispielhaften Zylinders eines Vielstoffmotors gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
3 zeigt ein Verbrennungssystem, das einen Kolbenkopf mit Vorsprüngen gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst.
4 zeigt Querschnitte der Vorsprünge von 3 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
5A zeigt eine Ausführungsform eines Kolbenkopfs mit Vertiefungen, die zwischen benachbarten Vorsprüngen positioniert sind, und 5B ist eine Teilquerschnittsansicht von 5A entlang der Schnittlinie 5B-5B.
Die 6A und 6B stellen Ausführungsformen von verschiedenen Vorsprungoberflächenkonfigurationen dar.
7 ist eine Oben-Unten-Ansicht einer Ausführungsform eines Vorsprungs mit gekrümmten Seitenflächen.
8 ist eine radiale Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Kolbenkopfs, der einen Vorsprung mit einem gestuften ersten Ende hat.

Die 3-4 sind in etwa maßstabsgetreu gezeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Ausführungsformen eines Kolbenkopfs eines Kolbens, der dazu angepasst ist, in einen Zylinder eines Verbrennungssystems eingebaut zu werden. Als ein Beispiel umfasst ein Kolbenkopf mehrere Vorsprünge, die sich von einer Oberseite des Kolbenkopfs nach außen erstrecken und um einen Umfang des Kolbenkopfs herum voneinander beabstandet sind, wobei jeder Vorsprung der mehreren Vorsprünge in der Höhe zunimmt und in der Breite abnimmt, wenn sich der Vorsprung von einer Mittelachse des Kolbenkopfs nach außen erstreckt. Auf diese Weise kann jeder Vorsprung in eine Brennkammer des Verbrennungssystems zu einem oberen Bereich der Brennkammer vorragen, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann zentral am oberen Bereich der Brennkammer positioniert sein und somit auf einer Linie mit einer Mittelachse des Kolbenkopfs liegen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann mehrere Düsenöffnungen um einen Umfang einer Spitze der Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfassen, wobei jede der Düsenöffnungen dazu angepasst ist, Kraftstoff nach unten und außen zum oberen Bereich des Kolbenkopfs zu sprühen. Jeder Vorsprung des Kolbenkopfs kann so angeordnet sein, dass der Sprühstrahl von jeder Düsenöffnung am Kolbenkopf zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen aufgenommen wird. Die Vorsprünge sind so geformt, dass eine Vermischung von Luft und Kraftstoff innerhalb der Brennkammer verstärkt wird, wodurch der Wirkungsgrad der Verbrennung zunimmt und unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Partikelemissionen, die sich aus dem Verbrennungsprozess ergeben, reduziert werden. In einem Beispiel können die Vorsprünge keilförmig sein und von einer Basis des Kolbenkopfs vorragen. Die Vorsprünge können zum Beispiel eine Geometrie haben, die die von einem ersten Ende, das sich nahe der Mittelachse befindet, zu einem zweiten Ende, das sich nahe einem Außenumfang des Kolbenkopfs befindet, in der Höhe zunimmt und in der Breite abnimmt. In einigen Beispielen kann die Geometrie ein verschobenes Ansatzteil darstellen, derart, dass die Vorsprünge vom ersten Ende zum zweiten Ende in der Höhe zunehmen und in der Breite abnehmen können, wobei das erste Ende relativ zum zweiten Ende jedoch versetzt ist.
Der hierin beschriebene Lösungsansatz kann in einer Vielzahl von Motortypen und einer Vielzahl von motorgetriebenen Systemen eingesetzt werden. Einige dieser Systeme können stationär sein, während andere auf semimobilen oder mobilen Plattformen laufen. Semimobile Plattformen können zwischen Betriebszeiträumen verlagert werden, z.B. auf Tiefladern. Zu den mobilen Plattformen gehören selbstfahrende Fahrzeuge. Zu diesen Fahrzeugen können sowohl Straßenfahrzeuge als auch Bergbaumaschinen, Seeschiffe, Schienenfahrzeuge und andere Off-Highway-Fahrzeuge (OHV) gehören. Zur Veranschaulichung wird ein Schienenfahrzeug (z.B. eine Lokomotive) als Beispiel für eine mobile Plattform angegeben, die ein System unterstützt, das eine Ausführungsform der Erfindung beinhaltet.
Es ist ein Beispiel für eine Plattform offenbart, bei der ein Motor mit einem Verbrennungssystem in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Schienenfahrzeug, eingebaut sein kann. 1 zeigt ein Blockschaubild einer Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100, hierin dargestellt als Fahrzeug 106. Das abgebildete Fahrzeug ist ein Schienenfahrzeug, das dazu ausgelegt ist, über mehrere Räder 112 auf einer Schiene 102 zu fahren. Wie dargestellt, umfasst das Fahrzeug ein Motorsystem mit einem Motor 104. In einer Ausführungsform hierin ist der Motor ein Vielstoffmotor, der mit Dieselkraftstoff und Erdgas betrieben wird, aber in anderen Beispielen kann der Motor verschiedene Kombinationen anderer Kraftstoffe als Diesel und Erdgas verwenden. In noch einer weiteren Ausführungsform kann der Motor ein Einstoffmotor sein, der mit nur einem Kraftstoff betrieben wird, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, Benzin oder Erdgas.
Der Motor nimmt die Ansaugluft zur Verbrennung von einem Ansaugkanal 114 auf. Der Ansaugkanal nimmt Umgebungsluft von einem Luftfilter (nicht gezeigt) auf, der Luft von außerhalb des Fahrzeugs filtert. Das von der Verbrennung im Motor resultierende Abgas wird einem Abgaskanal 116 zugeführt. Das Abgas strömt durch den Abgaskanal und aus einem Abgasstutzen des Fahrzeugs.
Das Motorsystem kann einen Turbolader 120 („TURBO“) (oder Kompressor) umfassen, der zwischen dem Ansaugkanal und dem Abgaskanal angeordnet ist. Der Turbolader erhöht die Luftladung der Umgebungsluft, die in den Ansaugkanal eingesaugt wird, um eine höhere Ladedichte während der Verbrennung bereitzustellen und so die Leistungsabgabe und/oder den Motorbetriebswirkungsgrad zu erhöhen. Der Turbolader kann einen Verdichter (nicht in 1 gezeigt) umfassen, der zumindest teilweise von einer Turbine (nicht in 1 gezeigt) angetrieben wird. Während in diesem Fall ein einziger Turbolader gezeigt ist, können andere Systeme mehrere Turbinen- und/oder Verdichterstufen umfassen. In anderen Ausführungsformen hat das Motorsystem möglicherweise auch gar keinen Turbolader.
In einigen Ausführungsformen kann das Motorsystem ein Abgasbehandlungssystem umfassen, das im Abgaskanal vor oder nach dem Turbolader gekoppelt ist. In einer exemplarischen Ausführungsform mit einem Dieselmotor kann das Abgasbehandlungssystem einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) umfassen. In anderen Ausführungsformen kann das Abgasbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ eine oder mehrere Emissionskontrollvorrichtungen umfassen. Solche Emissionskontrollvorrichtungen können einen Katalysator für die selektive katalytische Reduktion (SCR), einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle sowie Filter oder andere Systeme und Vorrichtungen umfassen.
Eine Steuerung (z.B. eine elektronische Steuerung) 148 kann eingesetzt werden, um verschiedene Komponenten im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem zu steuern. In einem Beispiel umfasst die Steuerung ein Computersteuersystem. Die Steuerung umfasst ferner computerlesbare Speichermedien (nicht gezeigt) mit einem Code zur Ermöglichung der fahrzeugseitigen Überwachung und Steuerung des Schienenfahrzeugbetriebs. Die Steuerung kann, während sie die Steuerung und Verwaltung des Fahrzeugsystems überwacht, Signale von einer Vielzahl von Sensoren 150 empfangen, wie hierin weiter ausgeführt wird, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu bestimmen und entsprechend verschiedene Motorstellglieder 152 einzustellen, um den Betrieb des Fahrzeugs zu steuern. So kann die Steuerung beispielsweise Signale von verschiedenen Motorsensoren empfangen, darunter Motordrehzahl, Motorlast, Ladedruck, Abgasdruck, Umgebungsdruck, Abgastemperatur und dergleichen, ohne hierauf beschränkt zu sein. Dementsprechend kann die Steuerung Aspekte und Abläufe des Fahrzeugsystems steuern, indem sie Befehle an verschiedene Komponenten wie Fahrmotoren, Generator, Zylinderventile, Drosselklappen und dergleichen sendet.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Motor mehrere Zylinder 108. Obwohl in 1 ein Motor mit 8 Zylindern abgebildet ist, sind andere Anzahlen von Zylindern möglich (z.B. zwölf Zylinder, die in zwei Reihen von sechs Zylindern auf jeder Reihe angeordnet sind, oder sechs Zylinder, die in einer einzelnen Reihe angeordnet sind).
2 stellt eine Ausführungsform eines Verbrennungssystems 205 mit einer Kammer oder einem Zylinder 200 eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors dar, wie beispielsweise des oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Motors. So kann der Zylinder beispielsweise einer der in 1 gezeigten Zylinder 108 sein. Der Zylinder kann durch einen Zylinderkopf 201, der die nachfolgend beschriebenen Einlass- und Auslassventile und Flüssigkraftstoffeinspritzvorrichtung aufnimmt, sowie einen Zylinderblock 203 definiert sein.
Der Motor kann zumindest teilweise von einem Steuerungssystem mit der Steuerung 148 gesteuert werden, die in weiterer Verbindung mit einem Fahrzeugsystem stehen kann, wie beispielsweise der vorstehend mit Bezug auf 1 beschriebenen Lokomotive. Wie vorstehend beschrieben, kann die Steuerung darüber hinaus Signale von verschiedenen Motorsensoren empfangen, darunter Motordrehzahl, Motorlast, Ladedruck, Abgasdruck, Turboladerdrehzahl, Umgebungsdruck, CO2-Pegel, Abgastemperatur, NOx-Emission, Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 230, der mit einer Kühlmanschette 228 gekoppelt ist, Klopfsensordaten usw., ohne hierauf beschränkt zu sein. Dementsprechend kann die Steuerung das Fahrzeugsystem steuern, indem sie Befehle an verschiedene Komponenten wie Generator, Zylinderventile, Drosselklappe, Kraftstoffeinspritzvorrichtungen usw. sendet.
Der Zylinder (d.h. die Brennkammer) kann eine Zylinderlaufbuchse 204 mit einem darin positionierten Kolben 206 umfassen. Ein oberster Abschnitt (z.B. der dem oberen Bereich der Brennkammer zugewandte Abschnitt, der wie nachstehend beschrieben die Einlass- und Auslassventile und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst) des Kolbens kann hierin als Kolbenkopf bezeichnet sein. Der Kolben kann mit einer Kurbelwelle 208 gekoppelt sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens durch eine Pleuelstange in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle kann einen Kurbelwellendrehzahlsensor zum Ausgeben einer Drehzahl (z.B. momentanen Drehzahl) der Kurbelwelle umfassen. In einigen Ausführungsformen kann der Motor ein Viertaktmotor sein, bei dem jeder der Zylinder während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle in einer Zündfolge zündet. In anderen Ausführungsformen kann der Motor ein Zweitaktmotor sein, bei dem jeder der Zylinder während einer Umdrehung der Kurbelwelle in einer Zündfolge zündet.
Der Zylinder nimmt Ansaugluft zur Verbrennung von einem Einlass mit einem Ansaugkanal 210 auf. Der Ansaugkanal nimmt die Ansaugluft über ein Ansaugrohr auf. Der Ansaugkanal kann zusätzlich zum Zylinder zum Beispiel mit anderen Zylindern des Motors verbunden sein, oder der Ansaugkanal kann ausschließlich mit dem Zylinder verbunden sein.
Das aus der Verbrennung im Motor resultierende Abgas wird einem Auslass zugeführt, das einen Abgaskanal 212 umfasst. Das Abgas strömt durch den Abgaskanal, in einigen Ausführungsformen (nicht in 2 gezeigt) zu einem Turbolader, und über ein Abgassammelrohr zur Atmosphäre. Der Abgaskanal kann zusätzlich zum Zylinder darüber hinaus zum Beispiel Abgase von anderen Zylindern des Motors aufnehmen, oder der Abgaskanal kann ausschließlich mit dem Zylinder verbunden sein.
Jeder Zylinder des Motors kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile umfassen. So ist der Zylinder beispielsweise mit mindestens einem Einlasstellerventil 214 und mindestens einem Auslasstellerventil 216 gezeigt, die sich in einem oberen Bereich des Zylinders befinden. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors, einschließlich des Zylinders, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile umfassen, die sich am Zylinderkopf befinden.
Das Einlassventil kann von der Steuerung über ein Stellglied 218 gesteuert werden. In ähnlicher Weise kann das Auslassventil von der Steuerung über ein Stellglied 220 gesteuert werden. Unter bestimmten Bedingungen kann die Steuerung die den Stellgliedern zur Verfügung gestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Einlassventils und des Auslassventils kann durch jeweilige Ventilpositionssensoren 222 bzw. 224 und/oder Nockenpositionssensoren bestimmt werden. Die Ventilstellglieder können beispielsweise als elektrischer Ventilbetätigungstyp oder Nockenbetätigungstyp oder als Kombination hiervon vorliegen.
Die Einlass- und Auslassventilsteuerung kann gleichzeitig gesteuert sein oder es kann irgendeine der Möglichkeiten aus variabler Einlassnockensteuerung, variabler Auslassnockensteuerung, unabhängiger variabler Zweifachnockensteuerung oder fester Nockensteuerung verwendet werden. In anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch ein gemeinsames Ventilstellglied oder -betätigungssystem oder ein variables Ventilsteuerungsstellglied oder -betätigungssystem gesteuert werden. Darüber hinaus können die Einlass- und Auslassventile so gesteuert sein, dass sie basierend auf Betriebsbedingungen über die Steuerung einen variablen Hub haben.
In noch weiteren Ausführungsformen kann ein mechanischer Nockenansatz zum Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile verwendet werden. Darüber hinaus kann, während vorstehend ein Viertaktmotor beschrieben ist, in einigen Ausführungsformen ein Zweitaktmotor verwendet werden, bei dem auf die Einlassventile verzichtet wird und Schlitze in der Zylinderwand vorhanden sind, damit Ansaugluft in den Zylinder eintreten kann, indem sich der Kolben bewegt, um die Schlitze zu öffnen. Dies kann sich auch auf den Auslass erstrecken, obwohl in einigen Beispielen auch Auslassventile verwendet werden können.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zu dessen Kraftstoffversorgung konfiguriert sein. Als nicht einschränkendes Beispiel zeigt 2 den Zylinder, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 226 umfasst. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist direkt mit dem Zylinder gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff über eine oder mehrere Düsenöffnungen direkt darin einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine so genannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder bereit. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung aus einem ersten System, und zwar einem Flüssigkraftstoffsystem 232 zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und eine Kraftstoffleitung umfassen kann. In einem Beispiel ist der Kraftstoff Dieselkraftstoff, der im Motor durch Kompressionszündung verbrannt wird. In anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen kann der Kraftstoff Benzin, Kerosin, Biodiesel oder andere Erdöldestillate ähnlicher Dichte durch Kompressionszündung (und/oder Funkenzündung) sein. In einem Beispiel kann die Steuerung die Menge, die Dauer, den Zeitpunkt und das Sprühbild des Kraftstoffs steuern, der über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung an den Zylinder abgegeben wird. Wie im Folgenden näher erläutert, kann die Kraftstoffversorgung des Zylinders durch die Steuerung gesteuert werden, die die Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf Grundlage von Drehzahlschwankungen des Turboladers betätigt.
Darüber hinaus kann jeder Zylinder des Motors dazu ausgelegt sein, alternativ oder zusätzlich zum Dieselkraftstoff einen gasförmigen Kraftstoff (z.B. Erdgas) aufzunehmen. Der gasförmige Kraftstoff kann dem Zylinder über das Ansaugrohr zugeführt werden. Wie in 2 gezeigt, kann der Ansaugkanal eine Zufuhr von gasförmigem Kraftstoff aus einem zweiten System, und zwar einem Gaskraftstoffsystem 234 über eine oder mehrere Gaskraftstoffleitungen, Pumpen, Druckregler usw. aufnehmen, die stromaufwärts des Zylinders angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann das Gaskraftstoffsystem entfernt vom Motor angeordnet sein, beispielsweise auf einem anderen Fahrzeug (z.B. einem Kraftstoff-Eisenbahnwaggon), und der gasförmige Kraftstoff kann dem Motor über eine oder mehrere Kraftstoffleitungen zugeführt werden, die die einzelnen Fahrzeuge durchqueren. In anderen Ausführungsformen kann sich das Gaskraftstoffsystem jedoch auf demselben Fahrzeug wie der Motor befinden.
Mehrere Gaseintrittsventile, wie beispielsweise das Gaseintrittsventil 236, können dazu ausgelegt sein, gasförmigen Kraftstoff aus dem Gaskraftstoffsystem über jeweilige Ansaugkanäle jedem jeweiligen Zylinder zuzuführen. So kann beispielsweise die Öffnungszeit (in Motorkurbelposition oder Motorkurbelgrad) und/oder die Dauer der Öffnung des Gaseintrittsventils so eingestellt werden, dass eine dem Zylinder zugeführte Menge an gasförmigem Kraftstoff geregelt wird. Die Einstellung des Öffnungszeitpunkts (z.B. wenn das Gaseintrittsventil geöffnet und geschlossen wird) kann hierin als Einstellung des Induktionszeitpunkts für gasförmigen Kraftstoff bezeichnet werden. Als ein Beispiel wird die Dauer der Gaseintrittsöffnung (oder der Gasventilöffnung) durch die Motorkurbelgrade definiert, die dem Öffnen und Schließen des Gaseintrittsventils entsprechen. Jedem jeweiligen Zylinder kann gasförmiger Kraftstoff aus einem einzelnen Gaseintrittsventil bereitgestellt werden, was eine individuelle Zylindersteuerung in der den Zylindern zugeführten Menge an gasförmigem Kraftstoff ermöglicht. In einigen Ausführungsformen kann jedoch ein Einpunkt-Begasungssystem verwendet werden, bei dem gasförmiger Kraftstoff mit Ansaugluft an einem einzigen Punkt stromaufwärts der Zylinder vermischt wird. In einer solchen Konfiguration kann jeder Zylinder mit im Wesentlichen ähnlichen Mengen an gasförmigem Kraftstoff versehen werden. Um die Menge an gasförmigem Kraftstoff zu regeln, die vom Einpunkt-Begasungssystem bereitgestellt wird, kann in einigen Beispielen ein Gaskraftstoff-Steuerungsventil an einer Übergangsstelle zwischen einer Gaskraftstoff-Zufuhrleitung und der Motoransaugluft-Zufuhrleitung oder dem Ansaugrohr positioniert sein. Die Öffnungszeit des Gaskraftstoffsteuerventils (in Motorkurbelposition, in Motorkurbelgrad) und/oder die Öffnungsdauer können eingestellt werden, um die in die Zylinder eingeleitete Menge des gasförmigen Kraftstoffs zu regeln. In anderen Beispielen kann die Menge an gasförmigem Kraftstoff, die beim Einpunkt-Begasungssystem in die Zylinder eingelassen wird, durch einen anderen Mechanismus geregelt werden, wie z.B. die Steuerung eines Gaskraftstoffreglers, über die Steuerung einer Gaskraftstoffpumpe usw. In noch einer weiteren Ausführungsform kann gasförmiger Kraftstoff aus dem Gaskraftstoffsystem direkt in die Motorzylinder eingespritzt werden. So kann beispielsweise jeder Zylinder eine direkte Kraftstoffeinspritzvorrichtung oder ein Gaseintrittsventil (ähnlich dem Ventil 236) umfassen, das direkt mit einem Motorzylinder gekoppelt ist. Auf diese Weise kann sowohl Diesel- als auch Gaskraftstoff direkt in einzelne Motorzylinder eingespritzt werden (z.B. wie bei einem Hochdruck-„Dual-Fuel“-Direkteinspritzsystem). Zusätzlich kann in einer Ausführungsform jeder Motorzylinder eine Zündkerze zum Zünden von Kraftstoff, wie beispielsweise Erdgas, am Motorzylinder umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann jeder Motorzylinder eine alternative Zündvorrichtung (außer einer Zündkerze) zum Zünden von Kraftstoff am Motorzylinder umfassen, wie beispielsweise eine Laser- oder eine alternative Zündquelle.
Unter Zuwendung auf 3 ist ein Verbrennungssystem 300 gezeigt. Das Verbrennungssystem kann ähnlich dem in 2 gezeigten Verbrennungssystem 205 sein und kann in einem Motor enthalten sein, wie beispielsweise in dem in den 1 und 2 gezeigten Motor 104. In einer Ausführungsform kann der Motor, der das Verbrennungssystem umfasst, ein Kompressionszündungs-Verbrennungssystem sein, bei dem die Kraftstoffeinspritzvorrichtung direkt über dem Kolben angeordnet und zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer angepasst ist. 3 umfasst Referenzachsen 350 mit einer x-Achse, einer y-Achse und einer z-Achse, wobei eine Mittelachse 306 des Verbrennungssystems und ein Kolben 304 des Verbrennungssystems in einer Richtung der z-Achse angeordnet sind.
Wie in 3 gezeigt, umfasst das Verbrennungssystem 300 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 302 und einen Kolben 304. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann im oberen Bereich einer Brennkammer positioniert sein, wie zum Beispiel der in 2 gezeigten Brennkammer 200. Der Kolben hat eine Mittelachse 306, und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist auf einer Linie mit der Mittelachse so positioniert, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in der Brennkammer über dem Kolben zentriert ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst mehrere Düsenöffnungen 308, die um einen Umfang einer Spitze der Kraftstoffeinspritzvorrichtung herum angeordnet sind. Der Kraftstoff wird aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung durch jede Düsenöffnung zum Kolben und in die Brennkammer eingespritzt. Ein beispielhafter Kraftstoffstrahl 310 aus jeder Düsenöffnung ist in 3 abgebildet. In dem in 3 gezeigten Beispiel gibt es vier Kraftstoffstrahlen, wobei die vier Kraftstoffstrahlen jeweils aus einer der Düsenöffnungen kommen. Somit hat die in 3 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung vier Düsenöffnungen. In alternativen Ausführungsformen kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung jedoch mehr oder weniger als vier Düsenöffnungen (z.B. zwei, drei, fünf, sechs oder dergleichen) umfassen.
Der Kolben umfasst einen Kolbenkopf 312 an einem oberen Bereich des Kolbens. Der Kolbenkopf hat eine Oberseite 316, die nach oben zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung und zum oberen Bereich der Brennkammer gewandt ist, in der der Kolben eingebaut ist. Die Oberseite kann auch als Basis des Kolbenkopfs bezeichnet werden. In einigen Beispielen kann die Oberseite 316 des Kolbenkopfs eine Kolbenmulde umfassen. Der Kolbenkopf hat einen Außenumfang 318, der durch einen Außendurchmesser 320 des Kolbenkopfs (und Kolbens) definiert ist. In 3 ist die Oberseite des Kolbenkopfs ebenflächig gezeigt. In alternativen Ausführungsformen kann die Oberseite (oder Basis) des Kolbenkopfs jedoch eine andere Geometrie wie eine Krümmung, eine wellenförmige Oberfläche, beabstandete Vertiefungen, Vorsprünge und dergleichen aufweisen. So kann in einer Ausführungsform die Oberseite des Kolbenkopfs beispielsweise eine Vertiefung zwischen jedem Satz von benachbart angeordneten Vorsprüngen 322 umfassen, wie im Folgenden näher erläutert. In noch weiteren Ausführungsformen kann der Kolbenkopf am Außenumfang eine erhöhte Lippe aufweisen und der verbleibende Teil der Oberseite des Kolbenkopfs kann von der erhöhten Lippe nach unten in den Kolbenkopf gezogen sein. Auf diese Weise kann die Basis oder Oberseite des Kolbenkopfs die Außenfläche des Kolbenkopfs sein, die der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und dem oberen Bereich der Brennkammer zugewandt ist und gegenüber der erhöhten Lippe vertieft ist.
Der Kolbenkopf umfasst mehrere Vorsprünge 322, die sich von der Oberseite des Kolbenkopfs nach außen erstrecken. Konkret erstrecken sich die Vorsprünge 322 nach oben, weg von der Oberseite und hin zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Auf diese Weise können die Vorsprünge bezogen auf die Oberseite oder Basis des Kolbenkopfs erhöht sein. In einer Ausführungsform sind die Vorsprünge und der Kolbenkopf als einstückiges Teil zusammengefasst, um die Oberseite des Kolbenkopfs zu definieren. So können die Vorsprünge und der Kolbenkopf beispielsweise integral und einstückig ausgebildet sein, z.B. durch Gießen in einer Form, Bearbeitung aus einem Materialblock oder unter Verwendung eines additiven Herstellungsverfahren, wie z.B. eines „3D-Druckers“ zur Bildung des einstückigen Teils.
Die Vorsprünge sind um einen Umfang des Kolbenkopfs herum rund um die Mittelachse voneinander beabstandet. Auf diese Weise berührt keiner der Vorsprünge einen anderen Vorsprung der Vorsprünge 322. Jeder der Vorsprünge umfasst ein erstes Ende 324, das nahe der Mittelachse angeordnet ist, und ein zweites Ende 326, das nahe dem Außenumfang angeordnet ist. Anders ausgedrückt, das erste Ende ist näher an der Mittelachse als am Außenumfang angeordnet, aber in einem Abstand von der Mittelachse, und das zweite Ende ist näher an dem Außenumfang als an der Mittelachse angeordnet, aber in einem Abstand vom Außenumfang. In alternativen Ausführungsformen kann das erste Ende an der Mittelachse und/oder das zweite Ende am Außenumfang positioniert sein. Auf diese Weise erstreckt sich jeder der Vorsprünge von der Basis des Kolbenkopfs nach außen in Richtung der z-Achse und von der Mittelachse radial nach außen zum Außenumfang.
Jeder Raum oder Zwischenraum 328 zwischen benachbart angeordneten Vorsprüngen ist dazu angepasst, den Kraftstoffstrahl von einer Düsenöffnung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufzunehmen. Wie in 3 gezeigt, gibt es vier Vorsprünge und vier Kraftstoffstrahlen (einer von jeder Düsenöffnung), wobei jeder Kraftstoffstrahl zwischen einem anderen Raum zwischen einem anderen Satz von zwei Vorsprüngen der Vorsprünge aufgenommen wird. Auf diese Weise entspricht die Anzahl der Vorsprünge der Anzahl der Düsenöffnungen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Wenn also in alternativen Ausführungsformen die Kraftstoffeinspritzvorrichtung drei, fünf oder sechs Düsenöffnungen umfasst, dann würde der Kolbenkopf drei, fünf bzw. sechs Vorsprünge umfassen.
Jeder der Vorsprünge 322 hat eine Keilform oder verschobene Ansatzteilgeometrie mit einem kürzeren Ende und einem größeren Ende. Wie in 3 gezeigt, ist eine Höhe des ersten Endes jedes Vorsprungs kürzer als eine Höhe des zweiten Endes jedes Vorsprungs. In einem Beispiel kann das erste Ende jedes Vorsprungs mit der Oberseite des Kolbenkopfs bündig sein, und das zweite Ende jedes Vorsprungs ist, bezogen auf das erste Ende und die Oberseite, erhöht. Auf diese Weise nimmt jeder Vorsprung in der Höhe zu, wobei die Höhe in Richtung der Mittelachse liegt, von der Mittelachse radial nach außen zum Außenumfang des Kolbenkopfs. In einer alternativen Ausführungsform kann das erste Ende höher sein als das zweite Ende und die Höhe jedes Vorsprungs kann von der Mittelachse zum Außenumfang abnehmen.
Wie in 3 auch gezeigt ist, ändert sich die Breite jedes Vorsprungs entlang der Vorsprünge vom ersten Ende zum zweiten Ende. Wie in 3 beispielsweise gezeigt, ist das erste Ende breiter als das zweite Ende. In einer alternativen Ausführungsform kann das erste Ende schmäler sein als das zweite Ende. Wie in 3 gezeigt, kann die zunehmende Höhe und die abnehmende Breite jedes Vorsprungs vom ersten Ende nahe der Mittelachse zum zweiten Ende nahe dem Außenumfang den Kraftstoffstrahl aufnehmen, der sich mit zunehmender Entfernung von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verbreitert. Diese Geometrie kann Wirbel 330 erzeugen und die Vermischung von Luft und Kraftstoff in der Brennkammer erhöhen.
Weitere Einzelheiten zur Form der Vorsprünge 322 sind in 4 gezeigt. Konkret zeigt 4 verschiedene Ansichten eines der Vorsprünge 322, darunter eine Draufsicht 400, eine Seitenansicht 402 und eine Stirnansicht 40, mit Blick vom Schnitt A-A in 3 zur Mittelachse 306. Die Draufsicht blickt nach unten auf den oberen Bereich des Vorsprungs und Kolbenkopfs, ausgehend von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, und die Seitenansicht blickt auf die Seite des Vorsprungs zwischen dem ersten Ende 324 und dem zweiten Ende 326.
Wie in 4 gezeigt, ist eine erste Höhe des ersten Endes 324 des Vorsprungs in etwa Null, so dass sie bündig mit der Oberseite des Kolbenkopfs ist. In alternativen Ausführungsformen kann jedoch die erste Höhe des ersten Endes größer als Null sein. Weiterhin ist eine zweite Höhe 406 des zweiten Endes 326 größer als die erste Höhe des ersten Endes des Vorsprungs. Auf diese Weise nimmt die Höhe des gesamten Vorsprungs vom ersten Ende zum zweiten Ende in einer radialen Richtung zu, die sich von der Mittelachse zum Außenumfang des Kolbenkopfs erstreckt. Wie in der Seitenansicht von 4 und in 3 gezeigt ist, hat der Vorsprung ein Profil, das in Höhe ausgehend vom ersten Ende und einer Mittelachse des Kolbens bis zum zweiten Ende und einem Außenumfang (z.B. Umfang) des Kolbens zunimmt. Wie vorstehend ebenfalls erwähnt, kann die Breite des Vorsprungs in der Breite vom ersten Ende zum zweiten Ende abnehmen. Wie beispielsweise in 4 gezeigt, ist eine erste Breite 408 des ersten Endes größer als eine zweite Breite 410 des zweiten Endes. In alternativen Ausführungsformen kann die erste Breite jedoch kleiner sein als die zweite Breite.
Die Seitenansicht von 4 zeigt auch eine Länge 412 des Vorsprungs vom ersten Ende zum zweiten Ende, wobei sich die Länge radial quer über den Kolbenkopf erstreckt, wie in 3 gezeigt. Die Seitenansicht von 4 zeigt auch die Unterseite 414 des Vorsprungs, die in 3 mit der Oberseite des Kolbenkopfs in Flächenkontakt steht (wobei diese Unterseite mit der Oberseite des Kolbenkopfs integriert sein kann, wie oben erläutert). Der Vorsprung hat ein rampenförmiges Profil ausgehend vom breiteren, ersten Ende zum schmäleren, zweiten Ende, das einen Neigungswinkel 416 hat, der zwischen der Unterseite 414 (und Oberseite des Kolbenkopfs) und der Oberseite 418 des Vorsprungs definiert ist. Der Neigungswinkel kann in einem Bereich von 5-85 Grad liegen. In einem weiteren Beispiel kann der Neigungswinkel in einem Bereich von 30-60 Grad liegen (bezogen auf die Oberseite des Kolbenkopfs). In einem weiteren Beispiel kann der Neigungswinkel in einem Bereich von 20-50 Grad liegen. In noch einem weiteren Beispiel kann der Neigungswinkel in einem Bereich von 30-75 Grad liegen. Dieser Winkel nimmt zu, wenn die Länge 414 abnimmt und/oder die zweite Höhe 406 zunimmt. Die Länge des Vorsprungs kann basierend auf dem Außendurchmesser des Kolbens gewählt werden (z.B. kann mit zunehmendem Außendurchmesser des Kolbens die Länge des Vorsprungs zunehmen). Zusätzlich kann die zweite Höhe (z.B. größte Höhe) des Vorsprungs basierend auf einem Freiraum zwischen einer obersten Oberfläche des Kolbenkopfs und einem oberen Bereich der Brennkammer gewählt werden. Darüber hinaus kann die erste und zweite Breite des Vorsprungs basierend auf einer Breite des Kraftstoffstrahls ausgewählt werden, die auf einer Geometrie der Düsenöffnung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung basieren kann. Beispielsweise kann die zweite Breite des Vorsprungs in dem Maße abnehmen, wie sich der Kraftstoffstrahl verbreitert. Zusätzlich kann die erste und zweite Breite basierend auf der Anzahl der Vorsprünge ausgewählt werden, die auf der Anzahl der Kraftstoffeinspritzöffnungen basieren können.
Zusätzlich kann die Geometrie des Vorsprungs und der Oberseite darüber hinaus durch einen ersten Winkel 417 und einen zweiten Winkel 419 definiert werden. Wie in 4 gezeigt, ist der erste Winkel spitz (weniger als 90 Grad, aber mehr als 0 Grad) und der zweite Winkel stumpf (mehr als 90 Grad, aber weniger als 180 Grad). In einigen Ausführungsformen kann ein dritter Winkel 420 gleich dem ersten Winkel sein (die Winkel können jeweils 65° betragen), und ein vierter Winkel 421 kann gleich dem zweiten Winkel sein (z.B. können die Winkel jeweils 115° betragen). In anderen Ausführungsformen können die Winkel unterschiedlich sein. So kann beispielsweise der zweite Winkel 100° und der vierte Winkel 130° betragen. Eine solche Geometrie kann als verschobene Ansatzteilgeometrie bezeichnet werden und dazu führen, dass das zweite Ende vom ersten Ende versetzt ist. So kann beispielsweise ein Mittelpunkt des zweiten Endes nach rechts oder links des Mittelpunkts des ersten Endes verlagert sein.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, weist die Oberseite jedes Vorsprungs nach oben und außen bezogen auf die Oberseite des Kolbenkopfs und ist zwischen dem breiteren, ersten Ende und dem schmäleren, zweiten Ende definiert, In einer Ausführungsform, wie in den 3 und 4 gezeigt, ist die Oberseite jedes Vorsprungs ebenflächig. In einer weiteren Ausführungsform ist die Oberseite jedes Vorsprungs konvex. In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Oberseite jedes Vorsprungs konkav. In noch einer anderen Ausführungsform kann die Oberseite des Vorsprungs ebenflächig sein, aber die Außenkanten, die das Profil (oder die Seiten) des Vorsprungs definieren, können gekrümmt sein (und nicht linear, wie in den 3 und 4 gezeigt). In noch weiteren Ausführungsformen kann zusätzlich oder alternativ nur die Oberseite oder jede Außenfläche des Vorsprungs strukturiert sein. In anderen Ausführungsformen kann die Oberseite jedes Vorsprungs glatt sein. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Oberseite jedes Vorsprungs zusätzliche kleine Vorsprünge, wellenförmige Elemente oder Rippen umfassen, die die Wirbel und die Vermischung in der Brennkammer erhöhen. In noch einer weiteren Ausführungsform können eine oder mehrere Außenflächen jedes Vorsprungs beschichtet sein oder eine behandelte Oberfläche aufweisen. Diese Beschichtung oder Oberflächenbehandlung kann auf eine oder mehrere der Außenflächen jedes Vorsprungs aufgebracht sein und/oder jede Oberfläche kann eine andere Beschichtung und/oder Behandlung aufweisen. So kann beispielsweise die Oberseite jedes Vorsprungs eine raue Beschichtung oder Behandlung aufweisen, während die übrigen Oberflächen (z.B. Seitenflächen) glatt sind. In einem weiteren Beispiel können alle Außenflächen jedes Vorsprungs beschichtet oder behandelt sein, aber die Beschichtung oder Behandlung auf der Oberseite ist rauer als an den Seitenflächen.
Um auf 3 zurückzukommen, umfasst der Kolbenkopf zusätzlich eine Vielzahl von Trennelementen (hierin auch als Trennverlängerungen bezeichnet) 332. Jedes Trennelement ist mit dem zweiten Ende eines der Vorsprünge gekoppelt und erstreckt vom zweiten Ende nach außen zum Außenumfang des Kolbenkopfs (und Kolbens). Wie in 3 gezeigt, ist das Trennelement direkt mit einem Mittelpunkt des zweiten Endes des Vorsprungs gekoppelt. In alternativen Ausführungsformen kann das Trennelement vom Mittelpunkt des zweiten Endes des Vorsprungs versetzt sein. Das Trennelement erstreckt sich entlang seiner Länge 336 über den ganzen Weg bis zum Außenumfang des Kolbenkopfs. In alternativen Ausführungsformen jedoch erstreckt sich das Trennelement möglicherweise nur über einen Teil des Weges zum Außenumfang und ist vom Außenumfang beabstandet. In noch einer weiteren Ausführungsform, wenn der Kolbenkopf am Außenumfang eine erhöhte Lippe aufweist, erstreckt sich das Trennelement möglicherweise nur bis zu einem Außenrand des Kolbenkopfs, bevor es sich nach oben zur erhöhten Lippe krümmt.
Jedes Trennelement hat eine Höhe 334, die gleich einer Höhe (einer zweiten Höhe 406) des zweiten Endes des Vorsprungs ist, mit dem es gekoppelt ist, und eine Dicke, die kleiner ist als eine Breite (eine zweite Breite 410) des zweiten Endes des Vorsprungs, mit dem es gekoppelt ist. In einer alternativen Ausführungsform kann die Höhe des Trennelements kürzer sein als die Höhe des zweiten Endes des Vorsprungs, mit dem es gekoppelt ist. In einer Ausführungsform kann das Trennelement zusammengefügt und mit dem Vorsprung, mit dem es gekoppelt ist, als ein Stück ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Trennelement starr sein und am zweiten Ende des Vorsprungs befestigt sein. In noch einer weiteren Ausführungsform kann jedes Trennelement eine Lamelle sein, die in einer oder beiden Richtungen entlang des Außenumfangs ausgehend von einer am zweiten Ende eines jeweiligen Vorsprungs angeordneten Achse entlang einer Rückfläche des jeweiligen Vorsprungs beweglich ist, wobei die Rückfläche senkrecht zur Oberseite der Basis (z.B. Oberseite) des Kolbenkopfs angeordnet ist. So kann jede Lamelle beispielsweise dazu ausgelegt sein, sich um eine Achse eines ersten Endes der Lamelle zu drehen, die sich in der Nähe des zweiten Endes des jeweiligen Vorsprungs befindet, wodurch sich ein zweites, dem ersten Ende entgegengesetztes Ende der Lamelle entlang des Außenumfangs bewegt. Jede Lamelle kann ein Stellglied umfassen, das dazu ausgelegt ist, diese jeweilige Lamelle zu bewegen, oder jede Lamelle kann mit einem gemeinsamen Stellglied gekoppelt sein, das dazu ausgelegt ist, alle Lamellen gleichzeitig zu bewegen. Die Lamellen können einen geeigneten Mechanismus umfassen, wie beispielsweise eine mit der Lamelle gekoppelte Welle am ersten Ende der Lamelle in der Nähe des jeweiligen Vorsprungs, die gedreht oder anderweitig bewegt werden kann, um die Position der Lamelle einzustellen. Die Welle kann durch ein Stellglied, wie beispielsweise einen Schrittmotor, gedreht werden. In anderen Beispielen kann das zweite Ende der Lamelle nahe dem Außenumfang durch ein geeignetes Stellglied wie z.B. ein pneumatisches, hydraulisches oder elektromagnetisches Stellglied bewegt werden. In einigen Ausführungsformen können die Lamellen basierend auf Kraftstoffparametern bewegt werden, wie beispielsweise basierend auf einer eingespritzten Kraftstoffmenge, dem Druck im Zylinder oder anderen Parametern, die die Luft-Kraftstoff-Mischung beeinflussen können. So können die Lamellen beispielsweise während einer ersten Bedingung (z.B. niedrige Motordrehzahl und/oder Last, bei der die Kraftstoff-Einspritzmengen niedriger sein können) in eine erste Position (z.B. bei 90° bezogen auf die zweiten Enden der Vorsprünge, wie in 3 gezeigt) bewegt werden, und während einer zweiten Bedingung (z.B. hohe Motordrehzahl und/oder Last, bei der die Kraftstoff-Einspritzmengen höher sein können) in eine zweite Position (z.B. bei 45° bezogen auf die zweiten Enden) bewegt werden. In einer alternativen Ausführungsform umfasst der Kolbenkopf möglicherweise gar keine Trennelemente und es sind möglicherweise keine Trennelemente mit dem zweiten Ende der Vorsprünge gekoppelt.
In einigen Ausführungsformen, wie beispielsweise der in 3 gezeigten Ausführungsform, kann jeder Vorsprung einen Kühlkanal 338 umfassen, der in einem Innenbereich des Vorsprungs angeordnet ist. Der Kühlkanal kann in der Nähe einer oberen Außenkante des zweiten Endes des Vorsprungs angeordnet sein, um diesem Ende des Vorsprungs eine erhöhte Kühlung bereitzustellen. Wie in 3 gezeigt, ist der Kühlkanal 338 ein Hohlraum, der durch eine Innenfläche des Vorsprungs definiert ist. In alternativen Ausführungsformen kann es sich bei dem Hohlraum jedoch stattdessen um einen oder mehrere einzelne Kühlkanäle oder Durchlässe handeln. Zusätzlich ist, wie in 3 gezeigt, der Kühlkanal oder Hohlraum jedes Vorsprungs direkt mit einem Kolbenkühlkanal 340 im Kolbenkopf gekoppelt und steht in Fluidverbindung mit diesem. Auf diese Weise kann der Kolbenkühlkanal so angepasst werden, dass gekühltes Kühlmittel oder Kühlflüssigkeit (z.B. Kühlöl oder Wasser) zu den Vorsprungkühlkanälen oder -hohlräumen strömt. Dadurch können die Vorsprünge, die heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt sind, gekühlt werden.
Wie erwähnt, umfasst die Oberseite des Kolbenkopfs in Ausführungsformen jeweilige Vertiefungen zwischen jedem Satz benachbart angeordneter Vorsprünge 322. Die Vertiefungen können die Vermischung von Luft und Kraftstoff in der Brennkammer weiter erleichtern. Die Vertiefungen können kreisförmig, oval oder anderweitig eiförmig, radial oder eckig (z.B. quadratische oder rechteckige Aussparungen) usw. sein und können regelmäßig oder unregelmäßig sein. Die Vertiefungen können den gesamten Raum zwischen benachbarten Vorsprüngen oder nur einen Teil des Raumes belegen. Die 5A und 5B (nicht maßstabsgetreu; 5B ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 5B-5B in 5A) zeigen ein Beispiel für eine Ausführungsform eines Kolbenkopfs 312 mit darin gebildeten Vertiefungen 500. Hier ist jede Vertiefung 500 eine kreisförmige Vertiefung (z.B. eine Mulde), die in der Oberfläche des Kolbenkopfs gebildet und zwischen einem Paar benachbarter Vorsprünge 322 positioniert ist, aber nur einen Teil des Raums dazwischen einnimmt.
Wie in den 3-4 gezeigt ist, können die Oberseiten der Vorsprünge flach sein. In weiteren Ausführungsformen, mit Bezug auf 6A-6B als zwei Beispiele, sind die Oberseiten keine ebenen Flächen. 6A zeigt eine Ausführungsform eines Vorsprungs 322 mit einer konkaven Fläche 600. 6B zeigt eine Ausführungsform eines Vorsprungs 322 mit einer konvexen Fläche 602. (Sowohl 6A als auch 6B sind schematische Querschnittsansichten entlang einer radialen Richtung des Kolbenkopfs, z.B. ähnlich der Ausrichtung der wie in 3 gezeigten Vorsprünge.)
Die 3-4 zeigen exemplarische Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie einander direkt kontaktierend oder direkt miteinander gekoppelt gezeigt sind, können diese Elemente jeweils als direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt bezeichnet sein, mindestens in einem Beispiel. Ebenso können Elemente, die zusammenhängend oder benachbart gezeigt sind, jeweils zusammenhängend oder zueinander benachbart sein, zumindest in einem Beispiel. Als Beispiel können Komponenten, die in einem Flächenkontakt zueinander liegen, als in einem Flächenkontakt befindlich bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander beabstandet mit nur einem Raum und keinen anderen Komponenten dazwischen positioniert sind, als solche bezeichnet sein, in mindestens einem Beispiel. Als weiteres Beispiel können Elemente, die übereinander/untereinander, auf entgegengesetzten Seiten zueinander oder zueinander links/rechts gezeigt sind, als solche bezeichnet sein, in Bezug aufeinander. Weiterhin kann, wie in den FIGUREN gezeigt ist, ein oberstes Element oder oberster Punkt des Elements als „oberer Bereich“ der Komponente bezeichnet sein, und ein unterstes Element oder unterster Punkt des Elements als „unterer Bereich“ der Komponente bezeichnet sein, in mindestens einem Beispiel. Wie hierin verwendet, kann oberer Bereich/unterer Bereich, oberer/unterer, oberhalb/unterhalb auf eine vertikale Achse der FIGUREN bezogen sein und zur Beschreibung der Positionierung von Elementen der FIGUREN in Bezug aufeinander verwendet werden. Somit sind Elemente, die oberhalb von anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen angeordnet. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der in den FIGUREN abgebildeten Elemente als solche bezeichnet sein (z.B. kreisförmig, gerade, ebenflächig, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dgl.). Weiterhin können Elemente, die als sich überschneidend gezeigt sind, als sich kreuzende Elemente oder überschneidende Elemente bezeichnet sein, in mindestens einem Beispiel. Darüber hinaus kann in einem Beispiel ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, als solches bezeichnet sein.
In jeder der hierin enthaltenen Ausführungsformen können die Vorsprünge eines Kolbenkopfs alle gleich sein (z.B. die gleiche Geometrie/Form haben), oder es können bei einem bestimmten Kolbenkopf einige der Vorsprünge identisch zu anderen Vorsprüngen sein, aber anders als mindestens ein anderer Vorsprung des Kolbenkopfs.
In Ausführungsformen haben die Vorsprünge eine Keil- und/oder verschobene Ansatzteilgeometrie, die sich auf ein Polyeder (z.B. eine Keilform) bezieht, wobei die Oberflächen des Vorsprungs (z.B. die Oberseite, Seitenfläche, Frontfläche) alle ebenflächig und polygonal sind. In weiteren Ausführungsformen können eine oder mehrere Oberflächen eines Vorsprungs gekrümmt sein, siehe z.B. 6A-6B als Beispiele für konkave bzw. konvexe Oberseiten. Siehe auch 7, die eine Oben-Unten-Ansicht eines Vorsprungs mit einer flachen Oberseite 700 und gekrümmten Seitenflächen 702 zeigt.
Wie bereits erwähnt, kann in Ausführungsformen das erste, radial am weitesten innen liegende Ende 324 jedes Vorsprungs mit der Oberseite des Kolbenkopfs bündig sein. In weiteren Ausführungsformen weist das erste Ende 324 unter Bezugnahme auf 8 eine nicht Null betragende Höhe bezogen auf die umgebende Oberfläche des Kolbenkopfs auf, so dass das erste Ende gestuft/angehoben ist.
Wie erwähnt, können die Vorsprünge in einigen Ausführungsformen eine verschobene Ansatzteilgeometrie aufweisen. 9 zeigt ein Beispiel für einen Vorsprung 322 mit einer verschobenen Ansatzteilgeometrie. Der Vorsprung 322 umfasst erstes Ende 324 und ein zweites Ende 326, die jeweils die oben beschriebenen Breiten aufweisen können (z.B. kann das erste Ende 324 eine Breite 408 und das zweite Ende 326 eine Breite 410 haben). Das erste Ende 324 kann jedoch gegenüber dem zweiten Ende 326 so versetzt sein, dass ein Mittelpunkt des ersten Endes 324 nicht mit einem Mittelpunkt des zweiten Endes 326 entlang einer Achse ausgerichtet ist, die parallel zur z-Achse verläuft. Der Vorsprung 322 umfasst eine erste Seitenfläche 910 und eine zweite Seitenfläche 912 entgegengesetzt zur ersten Seitenfläche. Der in 9 gezeigte Vorsprung 322 umfasst vier Winkel, einen ersten Winkel 902 zwischen dem zweiten Ende 326 und der ersten Seitenfläche 910, einen zweiten Winkel 904 zwischen dem zweiten Ende 326 und der zweiten Seitenfläche 912, einen dritten Winkel 906 zwischen dem ersten Ende 324 und der ersten Seitenfläche 910 und einen vierten Winkel 908 zwischen dem zweiten Ende 408 und der zweiten Seitenfläche 912. In dem gezeigten Beispiel kann der erste Winkel 902 ein spitzer Winkel sein (z.B. 83°), der zweite Winkel 904 kann ein stumpfer Winkel sein (z.B. 135°), der dritte Winkel 906 kann ein stumpfer Winkel sein (z.B. 97°), und der vierte Winkel 908 kann ein spitzer Winkel sein (z.B. 45°). Auf diese Weise kann die Oberseite des Vorsprungs vom ersten Ende 324 bis zum zweiten Ende 326 „nach hinten verschoben“ sein. Obwohl in 9 nicht gezeigt, sollte klar sein, dass die oben beschriebenen Höhen (z.B. zweites Ende 326 mit einer Höhe 406, die zum ersten Ende 324 abnimmt) für den in 9 gezeigten Vorsprung 322 gelten.
Wie zuvor erläutert, kann der Kolben 304 mit dem Kolbenkopf 312 in einem Zylinder positioniert sein, wie beispielsweise dem Zylinder 200 aus 2. Wenn der Kolben 304 in einem Zylinder positioniert ist, kann er unter den Einlass- und Auslassventilen des Zylinders positioniert sein. Wie in 2 gezeigt, ist der Kolben 206 beispielsweise unter dem Einlasstellerventil 214 und dem Auslasstellerventil 216 positioniert (und bewegt sich auf und ab in Bezug auf diese). Der Kolben kann mit den Vorsprüngen und/oder Vertiefungen des Kolbenkopfs bezogen auf die Einlass- und Auslassventile in geeigneter Weise ausgerichtet sein, um die gewünschte Luft-Kraftstoff-Vermischung zu erreichen. Die 10 und 11 zeigen exemplarische Kolbenausrichtungen in Bezug auf einen Satz von Einlassventilen und Auslassventilen.
Unter Bezugnahme auf 10 zeigt diese Figur den Kolbenkopf 312 in einer ersten Ausrichtung 1000 bezogen auf einen Satz Einlassventile (erstes Einlassventil 1002 und zweites Einlassventil 1004) und einen Satz Auslassventile (erstes Auslassventil 1006 und zweites Auslassventil 1008). Die Einlass- und Auslassventile sind als gestrichelte Linien über dem oberen Bereich des Kolbenkopfs 312 gezeigt, um schematisch darzustellen, wo sich die Einlass- und Auslassventile (und die entsprechenden Durchlässe im Zylinderkopf) bezogen auf Kolbenkopf 312 befinden.
In der ersten Ausrichtung 1000 kann jedes Ventil über einer jeweiligen Vertiefung 500 (falls vorhanden) positioniert sein, und jeder Vorsprung 322 kann zwischen zwei Ventilen (und diese teilweise überlappend) positioniert sein. So kann das erste Einlassventil 1002 beispielsweise eine Vertiefung vollständig und zwei Vorsprünge teilweise überlappen. Wie gezeigt, kann ein erster Vorsprung 322a beispielsweise das erste Einlassventil 1002 und zweite Einlassventil 1004 teilweise überlappen. Jeder weitere Vorsprung kann in ähnlicher Weise zwei Ventile überlappen, ob nun zwei Einlassventile (z.B. erster Vorsprung 322a), zwei Auslassventile (z.B. zweiter Vorsprung 322b), oder ein Einlassventil und ein Auslassventil (z.B. dritter Vorsprung 322c und vierter Vorsprung 322d). Des Weiteren kann eine Mittelachse 1010 des Kolbenkopfs 312 zwei Vorsprünge und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 302 halbieren, aber keines der Ventile.
Unter Bezugnahme auf 11 zeigt diese Figur den Kolbenkopf 312 in einer zweiten Ausrichtung 1100. In der zweiten Ausrichtung 1100 ist der Kolbenkopf 312 um 45° bezogen auf die erste Ausrichtung 1000 gedreht (z.B. ist die Mittelachse 1010 gedreht und halbiert zwei Ventile, das erste Auslassventil 1006 und das zweite Einlassventil 1004). Somit überlappt jeder Vorsprung vollständig ein entsprechendes Ventil. So überlappt beispielsweise der erste Vorsprung 322a vollständig das erste Einlassventil 1002, der zweite Vorsprung 322b überlappt vollständig das zweite Auslassventil 1008, der dritte Vorsprung 322c überlappt vollständig das erste Auslassventil 1006 und der vierte Vorsprung 322d überlappt vollständig das zweite Einlassventil 1004. Jede Vertiefung (falls vorhanden) überlappt zwei Ventile nur teilweise, obwohl der Großteil der Vertiefungen kein Ventil überlappt. In einigen Ausführungsformen, wenn sich der Kolbenkopf 312 in der zweiten Ausrichtung 1100 befindet, kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 312 so gedreht sein, dass jede Düsenöffnung der Einspritzvorrichtung einer jeweiligen Öffnung zwischen benachbarten Vorsprüngen zugewandt ist, wie oben in Bezug auf 3 beschrieben.
Somit ist in der ersten, in 10 gezeigten Ausrichtung jedes Ventil des Satzes von Einlassventilen und des Satzes von Auslassventilen direkt über einem jeweiligen Raum (der auch eine Vertiefung umfassen kann) des Kolbenkopfs positioniert und überlappt sich teilweise mit den benachbart angeordneten Vorsprüngen, die den jeweiligen Raum definieren. In der zweiten Ausrichtung ist jedes Ventil des Satzes von Einlassventilen und des Satzes von Auslassventilen direkt über einem jeweiligen Vorsprung des Kolbenkopfs positioniert und überlappt sich teilweise mit zwei Räumen, die jeweils auf einer Seite des jeweiligen Vorsprungs liegen.
Die verschiedenen Ausrichtungen können aufgrund der Position der Einlassventile und Auslassventile bezogen auf die Vorsprünge (und Vertiefungen, wenn enthalten) unterschiedliche Niveaus/Bereiche der Luft-Kraftstoff-Vermischung bereitstellen. Als nicht einschränkende Beispiele können sich in der ersten Ausrichtung 1000 von 10 der Kraftstoff und die Luft vorzugsweise in den Vertiefungen/Bereichen zwischen den Vorsprüngen vermischen und/oder der Kraftstoff und die Luft können sich vorzugsweise in der Mitte des Zylinders nahe der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vermischen. Im Gegensatz dazu können sich in der zweiten Ausrichtung 1100 der Kraftstoff und die Luft vorzugsweise über den Vorsprüngen vermischen und/oder der Kraftstoff und die Luft können sich vorzugsweise um den Außenumfang des Zylinders/Kolbenkopfs herum vermischen. In einigen Beispielen kann die Ausrichtung des Kolbenkopfs bezogen auf die Einlass- und Auslassventile basierend auf dem Verdichtungsverhältnis des Zylinders (z.B. kann ein Zylinder mit einem ersten, niedrigeren Verdichtungsverhältnis einen Kolben mit einem Kolbenkopf in der ersten Ausrichtung umfassen, während ein Zylinder mit einem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis einen Kolben mit einem Kolbenkopf in der zweiten Ausrichtung umfassen kann), bezogen auf die Gesamtleistung des Motors, den erwarteten Höchstdruck im Zylinder, die Kraftstoffkonfiguration (z.B. nur Flüssigkraftstoff gegenüber gasförmigem Kraftstoff und Flüssigkraftstoff) und/oder andere Motorkonfigurationsparameter ausgewählt werden. Weiterhin kann in einigen Beispielen der Kolben mit einer darunterliegenden Kolbenstange drehbar gekoppelt sein, so dass der Kolben gedreht werden kann, um den Kolbenkopf von der ersten Ausrichtung zur zweiten Ausrichtung zu bewegen, und die Auswahl der Ausrichtung des Kolbenkopfs kann auf Motorbetriebsbedingungen basieren (z.B. die erste Ausrichtung bei niedrigen Motordrehzahlen und/oder -lasten, die zweite Ausrichtung bei hohen Motordrehzahlen und/oder -lasten).
In einer Ausführungsform umfasst ein Kolben einen Kolbenkörper, der an einem Kolbenkopf endet (z.B. würde der Kopf einen Teil einer Brennkammer definieren und einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zugewandt sein, wenn der Kolben in einem Motorblockzylinder eingebaut ist). Der Kolbenkopf umfasst mehrere Vorsprünge, die sich von einer Oberseite des Kolbenkopfs nach außen erstrecken und um einen Umfang des Kolbenkopfs herum voneinander beabstandet sind. Jeder Vorsprung der mehreren Vorsprünge nimmt in der Höhe zu und in der Breite ab, wenn sich der Vorsprung von einer Mittelachse des Kolbenkopfs nach außen erstreckt.
In einer weiteren Ausführungsform des Kolbens weist jeder Vorsprung ein erstes Ende, das in der Nähe, aber beabstandet von der Mittelachse angeordnet ist, und ein zweites Ende auf, das in der Nähe, aber beabstandet von einem Außenumfang des Kolbenkopfs angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Kolbens weist jeder Vorsprung eine verschobene Ansatzteilgeometrie auf, die vom ersten Ende zum zweiten Ende in der Höhe zunimmt und in der Breite abnimmt.
In einer weiteren Ausführungsform des Kolbens ist für jeden Vorsprung das erste Ende bündig mit der Oberseite des Kolbenkopfs angeordnet und das zweite Ende nach oben gezogen und von der Oberseite entfernt, und das erste Ende ist breiter als das zweite Ende.
In einer weiteren Ausführungsform des Kolbens umfasst der Kolben darüber hinaus mehrere Trennelemente, die mit den mehreren Vorsprüngen gekoppelt sind. Jeder Vorsprung weist mindestens ein Trennelement der mehreren Trennelemente auf, das mit einem Mittelpunkt des zweiten Endes gekoppelt ist und sich vom zweiten Ende nach außen zum Außenumfang des Kolbenkopfs erstreckt.
In einer weiteren Ausführungsform des Kolbens hat jedes Trennelement eine Höhe, die gleich einer Höhe des zweiten Endes des Vorsprungs ist, mit dem es gekoppelt ist, und weist eine Dicke auf, die kleiner als eine Breite des zweiten Endes des Vorsprungs ist, mit dem es gekoppelt ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Kolbens weist jeder Vorsprung mindestens einen Kühlkanal auf, der innerhalb eines Innenbereichs des Vorsprungs nahe einer oberen Außenkante des zweiten Endes angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Kolbens sind die Vorsprünge mit dem Kolbenkopf als einstückiges Teil zusammengefasst, um die Oberseite des Kolbenkopfs zu definieren.
In einer weiteren Ausführungsform des Kolbens umfasst der Kolben darüber hinaus einen oder mehrere Kühlkanäle, die innerhalb der mehreren Vorsprünge positioniert (z.B. darin ausgebildet) sind. In einer anderen Ausführungsform weist ein Vorsprung oder weisen mehrere der Vorsprünge alternativ oder zusätzlich jeweils eine Innenfläche auf, die einen Hohlraum definiert, der innerhalb eines Innenbereichs des Vorsprungs angeordnet ist und mit einem Kühlkanal oder mit Kühlkanälen im Kolbenkopf in Fluidverbindung steht.
Auf diese Weise ist ein Kolbenkopf mit mehreren Vorsprüngen versehen, die sich von einer Oberseite des Kolbenkopfs nach außen und oben erstrecken und um einen Umfang des Kolbenkopfs herum voneinander beabstandet sind. Jeder Vorsprung kann eine keilförmige Geometrie aufweisen, die von einem ersten Ende, das nahe einer Mittelachse des Kolbenkopfs angeordnet ist, zu einem zweiten Ende, das nahe einem Außenumfang des Kolbenkopfs angeordnet ist, in der Höhe zunimmt und in der Breite abnimmt. Die Vorsprünge können am Kolbenkopf so positioniert sein, dass ein Kraftstoffstrahl aus einer unterschiedlichen Düsenöffnung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zwischen jedem Satz benachbart angeordneter Vorsprünge aufgenommen wird. Der technische Effekt, über einen Kolbenkopf zu verfügen, der mit mehreren Vorsprüngen versehen ist, die sich von einer Oberseite des Kolbenkopfs nach außen und oben erstrecken und um einen Umfang des Kolbenkopfs herum voneinander beabstandet sind, wobei jeder Vorsprung der mehreren Vorsprünge in der Höhe zunimmt und in der Breite abnimmt, wenn sich der Vorsprung von einer Mittelachse des Kolbenkopfs nach außen erstreckt, besteht darin, eine Vermischung von Luft und Kraftstoff innerhalb der Brennkammer zu erhöhen, wodurch sich der Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht und Partikelemissionen aus einem Motor, in dem der Kolbenkopf eingebaut ist, reduziert werden.
Wie hierin verwendet, ist ein Element oder Schritt, das bzw. der im Singular angegeben ist und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorangeht, so zu verstehen, dass mehrere der Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen sind, es sei denn, ein solcher Ausschluss wird ausdrücklich erwähnt. Darüber hinaus schließen Verweise auf „eine Ausführungsform“ der Erfindung nicht aus, dass es zusätzliche Ausführungsformen gibt, die auch die angegebenen Merkmale enthalten. Darüber hinaus können Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen“, „umfassen“ oder „haben“, zusätzliche Elemente umfassen, die diese Eigenschaft nicht besitzen, es sei denn, es wird ausdrücklich etwas anderes angegeben. Die Begriffe „umfassend“ und „bei dem/denen“ werden als Klartextäquivalente zu den jeweiligen Begriffen „aufweisend“ und „wobei“ verwendet. Darüber hinaus werden die Begriffe „erste/r/s“, „zweite/r/s “ und „dritte/r/s“ usw. nur als Bezeichnungen verwendet und sollen ihren Gegenständen keine zahlenmäßigen Bestimmungen oder eine bestimmte Positionsordnung auferlegen.
Die hierin offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und vom Steuerungssystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Stellgliedern und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie z.B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Vorgänge, Abläufe und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge, parallel oder in einigen Fällen auch gar nicht ausgeführt werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen zu erzielen, sondern dient der einfachen Darstellung und Beschreibung. Eine oder mehrere der veranschaulichten Vorgänge, Abläufe und/oder Funktionen können je nach der bestimmten verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Darüber hinaus können die beschriebenen Vorgänge, Abläufe und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in den nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuerungssystem einzuprogrammieren ist, wobei die beschriebenen Vorgänge durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung umfasst.
Diese schriftliche Darlegung verwendet Beispiele, um die Erfindung offenzulegen, einschließlich des besten Modus, und auch, um es dem Durchschnittsfachmann auf dem betreffenden Fachgebiet zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und Verwendung von beliebigen Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung beliebiger enthaltener Verfahren. Der patentierbare Umfangsbereich der Erfindung kann andere Beispiele umfassen, die dem Durchschnittsfachmann in den Sinn kommen. Solche anderen Beispiele sollen in den Umfangsbereich der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zu den wörtlichen Ausdruckweisen der Ansprüche umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62732948 [0001]

Claims

Kolben, aufweisend: einen Kolbenkopf, wobei der Kolbenkopf mehrere Vorsprünge aufweist, die sich von einer Oberseite des Kolbenkopfs nach außen erstrecken und um einen Umfang des Kolbenkopfs herum voneinander beabstandet sind, wobei jeder Vorsprung der mehreren Vorsprünge in der Höhe zunimmt und in der Breite abnimmt, wenn sich der Vorsprung von einer Mittelachse des Kolbenkopfs nach außen erstreckt.
Kolben nach Anspruch 1, wobei jeder Vorsprung ein erstes Ende, das in der Nähe, aber beabstandet von der Mittelachse angeordnet ist, und ein zweites Ende aufweist, das in der Nähe, aber beabstandet von einem Außenumfang des Kolbenkopfs angeordnet ist.
Kolben nach Anspruch 2, wobei jeder Vorsprung eine verschobene Ansatzteilgeometrie aufweist, die vom ersten Ende zum zweiten Ende in der Höhe zunimmt und in der Breite abnimmt.
Kolben nach Anspruch 2, wobei, für jeden Vorsprung das erste Ende bündig mit der Oberseite des Kolbenkopfs angeordnet ist und das zweite Ende nach oben gezogen und von der Oberseite entfernt ist, und wobei das erste Ende breiter als das zweite Ende ist.
Kolben nach Anspruch 2, darüber hinaus mit mehreren Trennelementen, die mit den mehreren Vorsprüngen gekoppelt sind, wobei jeder Vorsprung mindestens ein Trennelement der mehreren Trennelemente aufweist, das mit einem Mittelpunkt des zweiten Endes gekoppelt ist und sich vom zweiten Ende nach außen zum Außenumfang des Kolbenkopfs erstreckt.
Kolben nach Anspruch 5, wobei jedes Trennelement eine Höhe hat, die gleich einer Höhe des zweiten Endes des Vorsprungs ist, mit dem es gekoppelt ist, und eine Dicke aufweist, die kleiner als eine Breite des zweiten Endes des Vorsprungs ist, mit dem es gekoppelt ist.
Kolben nach Anspruch 2, wobei jeder Vorsprung mindestens einen Kühlkanal aufweist, der innerhalb eines Innenbereichs des Vorsprungs nahe einer oberen Außenkante des zweiten Endes angeordnet ist.
Kolben nach Anspruch 1, wobei die mehreren Vorsprünge mit dem Kolbenkopf als einstückiges Teil zusammengefasst sind, um die Oberseite des Kolbenkopfs zu definieren.
Kolben nach Anspruch 1, darüber hinaus mit einem oder mehreren Kühlkanälen, die innerhalb der mehreren Vorsprünge positioniert sind.
Kolben nach Anspruch 1, wobei jeder Vorsprung eine Innenfläche aufweist, die einen Hohlraum definiert, der innerhalb eines Innenbereichs des Vorsprungs angeordnet ist und mit Kühlkanälen im Kolbenkopf in Fluidverbindung steht.
System, aufweisend: einen Motor, der einen Kolben mit einem Kolbenkopf aufweist, wobei der Kolbenkopf umfasst: mehrere Vorsprünge, die sich von einer Oberseite des Kolbenkopfs nach außen erstrecken und um einen Umfang des Kolbenkopfs herum voneinander beabstandet sind, wobei jeder Vorsprung ein breiteres Ende hat, das näher an einer Mittelachse angeordnet ist als an einem Außenumfang des Kolbenkopfs, und ein schmäleres Ende, das näher am Außenumfang als an der Mittelachse liegt, wobei das schmälere Ende bezogen auf die Oberseite und auf das breitere Ende erhöht ist; und mehrere Trennverlängerungen, wobei jede Trennverlängerung direkt mit dem schmäleren Ende eines jeweiligen Vorsprungs gekoppelt ist und sich vom Vorsprung nach außen hin zum Außenumfang erstreckt.
System nach Anspruch 11, wobei jeder Vorsprung vom breiteren Ende zum schmäleren Ende ein rampenförmiges Profil mit einem Neigungswinkel in einem Bereich von 5-85 Grad bezogen auf die Oberseite des Kolbenkopfs hat.
System nach Anspruch 12, wobei jeder Vorsprung eine Oberseite aufweist, die bezogen auf die Oberseite des Kolbenkopfs nach oben und außen gewandt und zwischen dem breiteren Ende und dem schmäleren Ende definiert ist, wobei die Oberseite jedes Vorsprungs ebenflächig ist.
System nach Anspruch 12, wobei jeder Vorsprung eine Oberseite aufweist, die bezogen auf die Oberseite des Kolbenkopfs nach oben und außen gewandt und zwischen dem breiteren Ende und dem schmäleren Ende definiert ist, wobei die Oberseite jedes Vorsprungs konvex oder konkav ist.
System nach Anspruch 11, wobei jede Trennverlängerung eine Lamelle ist, die in einer oder beiden Richtungen entlang des Außenumfangs von einer am schmäleren Ende eines jeweiligen Vorsprungs angeordneten Achse entlang einer Rückfläche des jeweiligen Vorsprungs bewegbar ist, wobei die Rückfläche senkrecht zur Oberseite des Kolbenkopfs angeordnet ist.
System nach Anspruch 11, wobei die Oberseite des Kolbenkopfs eine Vertiefung zwischen jedem Satz benachbart angeordneter Vorsprünge umfasst.
Verbrennungssystem, aufweisend: eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die an einem oberen Bereich einer Brennkammer angeordnet ist, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mehrere Düsenöffnungen aufweist; und einen innerhalb der Brennkammer positionierten Kolben, wobei der Kolben einen Kolbenkopf umfasst, wobei der Kolbenkopf mehrere Vorsprünge umfasst, die sich von einer Basis des Kolbenkopfs nach außen zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung erstrecken, mit einem Profil, das in der Höhe von einer Mittelachse des Kolbens zu einem Außenumfang des Kolbens zunimmt, wobei die mehreren Vorsprünge um den Außenumfang herum voneinander beabstandet sind und benachbart angeordnete Vorsprünge der mehreren Vorsprünge am Kolbenkopf angeordnet sind, um einen Kraftstoffstrahl aus einer Düse der mehreren Düsenöffnungen in einem Raum aufzunehmen, der die benachbart angeordneten Vorsprünge trennt.
Verbrennungssystem nach Anspruch 17, wobei eine Anzahl der mehreren Vorsprünge einer Anzahl der mehreren Düsenöffnungen entspricht, wobei der Raum, der die benachbart angeordneten Vorsprünge trennt, in dem Maß zunimmt, wie eine Breite des Kraftstoffstrahls von jeder Düsenöffnung der mehreren Düsenöffnungen zunimmt, wobei eine größte Breite jedes Vorsprungs in einer Richtung, die tangential zum Außenumfang des Kolbens liegt, mit einem größer werdenden Raum zwischen benachbart angeordneten Vorsprüngen kleiner wird, und ein Ende jedes Vorsprungs der mehreren Vorsprünge, das der Mittelachse am nächsten liegt, schmäler ist als ein Ende jedes Vorsprungs, das dem Außenumfang des Kolbens am nächsten liegt.
Verbrennungssystem nach Anspruch 17, darüber hinaus mit einem Satz von Einlassventilen, die in der Brennkammer positioniert sind, und einem Satz von Auslassventilen, die in der Brennkammer positioniert sind, und wobei jedes Ventil des Satzes der Einlassventile und des Satzes der Auslassventile direkt über einem jeweiligen Raum des Kolbenkopfs positioniert ist und sich teilweise mit den benachbart angeordneten Vorsprüngen überlappt, die den jeweiligen Raum definieren.
Verbrennungssystem nach Anspruch 17, darüber hinaus mit einem Satz von Einlassventilen, die in der Brennkammer positioniert sind, und einem Satz von Auslassventilen, die in der Brennkammer positioniert sind, und wobei jedes Ventil des Satzes der Einlassventile und des Satzes der Auslassventile direkt über einem jeweiligen Vorsprung des Kolbenkopfs positioniert ist und sich teilweise mit zwei Räumen jeweils auf einer Seite des jeweiligen Vorsprungs überlappt.