DE102021116035A1

DE102021116035A1 - Systeme für eine vorkammer

Info

Publication number: DE102021116035A1
Application number: DE102021116035.9A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang; James Yi; Steven Wooldridge; Michael Damian Czekala
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-01-05
Also published as: CN113882939A; US20220003146A1; US11236662B2

Abstract

Diese Offenbarung stellt Systeme für eine Vorkammer bereit. Bereitgestellt werden Systeme für eine Vorkammer. In einem Beispiel umfasst eine Vorkammer einen Kanal außerhalb einer primären Brennkammer zum Leiten von Kraftstoff direkt aus einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in ein Innenvolumen der Vorkammer.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen eine Hybrid-Vorkammer.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Motoren können die Vorkammerverbrennung nutzen, um die Verbrennungseffizienz zu erhöhen und entsprechend Emissionen zu reduzieren. Vorkammerverbrennungssysteme beinhalten eine zusätzliche Vorkammer oberhalb der Hauptbrennkammer, mit einer Zündvorrichtung und einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die an die zusätzliche Vorkammer gekoppelt sind. In derartigen Systemen spielt sich die Verbrennung in der folgenden Abfolge ab; (i) eine kleine Menge an Kraftstoff wird direkt in die Vorkammer eingespritzt, (ii) dem Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer wird ein Funke bereitgestellt; und (iii) das heiße Gas schießt in die Hauptbrennkammer ein, um die darin angeordnete Ladung zu entzünden. Das Einschießen des entzündeten Gases in die Hauptbrennkammer auf diese Weise ermöglicht es, dass Strahlen heißen Gases tiefer in die Hauptbrennkammer eindringen, was im Vergleich zu Motoren, in denen keine Vorkammerlösungen zum Einsatz kommen, eine gleichmäßiger verteilte Zündung bewirkt.
Ein von Attard in US 2012/0103302 gezeigter beispielhafter Ansatz beinhaltet ein System mit einer Zündbaugruppe mit einer Vorkammer, einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung und einer Zündkerze, die im Zylinderkopf über der Hauptbrennkammer montiert ist. Das Vorkammerzündsystem nach Attard erzielt eine zügige Verbrennung unter Bedingungen mageren Kraftstoffs. Allerdings haben die Erfinder mehrere mögliche Nachteile im Zusammenhang mit dem System nach Attard und anderen Vorkammerbaugruppen erkannt. Zum Beispiel können in der Vorkammer Reste verbrannter Gase zurückbleiben, was das Luft/Kraftstoff-Gemisch in nachfolgenden Verbrennungszyklen verdünnt. Infolgedessen verringert sich der Verbrennungswirkungsgrad und die Emissionen erhöhen sich dementsprechend. Darüber hinaus kann es sein, dass der ergänzende Kraftstoff, der in die Vorkammer eingespritzt wird, während stöchiometrischer Bedingungen die Entzündlichkeit oder Brenngeschwindigkeit nicht verbessert. Deshalb lassen sich mit dem System nach Attard Wirkungsgradgewinne nur während eines begrenzten Fensters des Motorbetriebs erzielen.
KURZDARSTELLUNG
Die Erfinder haben die vorstehend beschriebenen Probleme identifiziert und einen Weg entwickelt, um sie mindestens teilweise zu lösen. In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein System angegangen werden, das eine Vorkammer umfasst, die fluidisch an eine primäre Brennkammer gekoppelt ist, wobei die Vorkammer einen Verbindungskanal umfasst, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung fluidisch mit der Vorkammer in einem Bereich außerhalb der primären Brennkammer koppelt. Auf diese Weise kann eine Verpackungsgröße der Vorkammer sowie der Bedarf an einer zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung reduziert werden.
Als ein Beispiel kann die Vorkammer ein oder mehrere Merkmale zum Strömen von Ansaugluft und Kraftstoff zu einem Innenvolumen der Vorkammer umfassen. In einem Beispiel können das eine oder die mehreren Merkmale außerhalb einer primären Brennkammer angeordnet sein, sodass Luft und Kraftstoff direkt in das Innenvolumen der Vorkammer strömen, ohne in die primäre Brennkammer einzutreten. Zusätzlich oder alternativ dazu können das eine oder die mehreren Merkmale innerhalb eines Volumens der primären Brennkammer angeordnet sein, wobei eine Fläche eines Kolbens modifiziert sein kann, um Luft, Kraftstoff und Gemische daraus in die Vorkammer zu fördern. Durch die Nutzung eines oder mehrerer dieser Beispiele kann nur eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung positioniert werden, um jeder der Vorkammer und der primären Brennkammer Kraftstoff bereitzustellen, was zu einer reduzierten Verpackungsgröße und reduzierten Herstellungskosten führen kann.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1 veranschaulicht einen Motor eines Hybridfahrzeugs;
2 veranschaulicht eine Vorkammer des Motors;
3A, 3B, 3C und 3D veranschaulichen den Gasstrom in die und aus der Vorkammer während eines Verbrennungszyklus;
4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F veranschaulichen verschiedene Formen eines Verbindungskanals, der die Vorkammer fluidisch an eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung koppelt; und
5A, 5B, 5C, 5D und 5E veranschaulichen eine zweite Ausführungsform einer Vorkammer.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft eine Vorkammer. In einem Beispiel ist die Vorkammer in einer primären Brennkammer eines Motors angeordnet, wie in 1 veranschaulicht. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Motor um einen Motor eines Hybridfahrzeugs. In einem Beispiel kann die Vorkammer eine Hybrid-Vorkammer sein, die nur eine Zündvorrichtung umfasst, sodass eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung außerhalb der Vorkammer angeordnet und positioniert ist, um direkt in eine primäre Brennkammer einzuspritzen, wie in 2 veranschaulicht. Die Vorkammer kann ein oder mehrere Merkmale zum Aufnehmen eines Abschnitts einer Kraftstoffeinspritzung direkt aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zusammen mit dem Aufnehmen einer Menge von Ansaugluft aus einem Ansaugkanal während eines Verbrennungszyklus umfassen. Ein Beispiel für eine derartige Vorkammer ist in 3A, 3B, 3C und 3D veranschaulicht. Die Vorkammer in 3A-3D umfasst einen Luftkanal zum direkten Leiten eines Teils der Luft von einem Ansaugkanal zu einem Innenvolumen der Vorkammer. Die Vorkammer umfasst ferner einen Verbindungskanal, der dazu konfiguriert ist, einen Teil des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung direkt zu dem Innenvolumen der Vorkammer zu leiten, ohne den Kraftstoff in die primäre Brennkammer zu leiten. Verschiedene Formen des Verbindungskanals sind in 4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F veranschaulicht. Auf diese Weise kann die Vorkammer eine Hybrid-Vorkammer sein, bei welcher der Luftkanal und der Verbindungskanal außerhalb der primären Brennkammer angeordnet und dazu konfiguriert sind, Luft und Kraftstoff direkt zu der Vorkammer zu leiten, bevor die Luft und der Kraftstoff zu der primären Brennkammer strömen.
Ein zweites Beispiel für die Vorkammer ist in 5A, 5B, 5C, 5D und 5E veranschaulicht. In einem Beispiel kann die Form des zweiten Beispiels der Vorkammer ähnlich der Form des ersten Beispiels sein, das in 3A-3D gezeigt, kann sich das zweite Beispiel jedoch in einer Positionierung der Vorkammer zusammen mit einer Oberflächenform eines Kolbens unterscheiden. Das zweite Beispiel der Vorkammer kann obere und untere Öffnungen zum Aufnehmen von Ansauggasen und Kraftstoff aus einer Aussparung des Kolbens und einem Bereich zwischen dem Kolben und einem Feuerdeck umfassen.
In den nachfolgenden Ausführungsformen der Vorkammer können Merkmale vorgestellt werden, um das Ausstoßen von Restgasen aus einem Volumen der Vorkammer in ein Volumen der primären Brennkammer während eines aktuellen Verbrennungsereignisses zu unterstützen. In dieser Schrift beziehen sich Restgase auf Gase aus einem vorherigen Verbrennungszyklus, die nicht ausgestoßen wurden und möglicherweise in der Vorkammer gehalten werden. Somit können die Restgase Luft, Abgas, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Verbrennungsnebenprodukte beinhalten. Ferner beinhaltet ein Verbrennungszyklus einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Arbeitstakt und einen Ausstoßtakt. Ein aktueller Verbrennungszyklus endet und ein nächster Verbrennungszyklus beginnt bei einem Übergang eines Kolbens von dem Ausstoßtakt zu einem Ansaugtakt.
1 stellt ein Verbrennungsmotorsystem 100 für ein Fahrzeug dar. Das Fahrzeug kann ein Straßenfahrzeug sein, das Antriebsräder aufweist, die eine Straßenoberfläche berühren. Das Motorsystem 100 beinhaltet einen Motor 10, der eine Vielzahl von Zylindern umfasst. 1 beschreibt einen derartigen Zylinder oder eine derartige Brennkammer im Detail. Die unterschiedlichen Komponenten des Motors 10 können durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert werden.
Der Motor 10 beinhaltet einen Zylinderblock 14, der mindestens eine Zylinderbohrung beinhaltet und einen Zylinderkopf 16, der Einlassventile 152 und Auslassventile 154 beinhaltet. In anderen Beispielen kann der Zylinderkopf 16 in Beispielen, bei denen der Motor 10 als Zweitaktmotor konfiguriert ist, einen oder mehrere Einlassöffnungen und/oder Auslassöffnungen beinhalten. Der Zylinderblock 14 beinhaltet Zylinderwände 32, wobei ein Kolben 36 darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Somit können der Zylinderkopf 16 und der Zylinderblock 14, wenn sie aneinandergekoppelt sind, eine oder mehrere Brennkammern bilden. Daher wird das Volumen der Brennkammer 30 basierend auf einer Schwingung des Kolbens 36 eingestellt. Die Brennkammer 30 kann in dieser Schrift auch als Zylinder 30 bezeichnet werden. Die Brennkammer 30 steht der Darstellung nach über entsprechende Einlassventile 152 und Auslassventile 154 in Verbindung mit einem Einlasskrümmer 144 und einem Auslasskrümmer 148. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Alternativ dazu können eines oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Baugruppe aus einer Ventilspule und einem Anker betrieben werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden. Somit können die Brennkammer 30 und die Zylinderbohrung, wenn die Ventile 152 und 154 geschlossen sind, derartig fluidisch abgedichtet sein, dass keine Gase in die Brennkammer 30 einströmen oder diese verlassen können.
Die Brennkammer 30 kann durch die Zylinderwände 32 des Zylinderblocks 14, den Kolben 36 und den Zylinderkopf 16 gebildet sein. Der Zylinderblock 14 kann die Zylinderwände 32, den Kolben 36, die Kurbelwelle 40 usw. beinhalten. Der Zylinderkopf 16 kann eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, wie etwa die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66, ein oder mehrere Einlassventile 152 und ein oder mehrere Auslassventile, wie etwa die Auslassventile 154, beinhalten. Der Zylinderkopf 16 kann über Befestigungselemente, wie etwa Bolzen und/oder Schrauben, an den Zylinderblock 14 gekoppelt sein. Insbesondere können der Zylinderblock 14 und der Zylinderkopf 16, wenn sie gekoppelt sind, über einen Dichtungsring in abdichtender Berührung miteinander stehen, und somit können der Zylinderblock 14 und der Zylinderkopf 16 die Brennkammer 30 derartig abdichten, dass Gase nur über den Einlasskrümmer 144, wenn die Einlassventile 152 geöffnet sind, und/oder über den Auslasskrümmer 148, wenn die Auslassventile 154 geöffnet sind, in die und/oder aus der Brennkammer 30 strömen können. In einigen Beispielen kann für jede Brennkammer 30 lediglich ein Einlassventil und ein Auslassventil beinhaltet sein. In anderen Beispielen kann jedoch in jeder Brennkammer 30 des Motors 10 mehr als ein Einlassventil und/oder mehr als ein Auslassventil beinhaltet sein.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 beinhalten, um die Verbrennung einzuleiten. Bei ausgewählten Betriebsmodi kann ein Zündsystem 190 dem Zylinder 14 als Reaktion auf ein Vorzündsignal SA von der Steuerung 12 über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch weggelassen werden, wie etwa, wenn der Motor 10 die Verbrennung durch eine Selbstzündung oder durch Kraftstoffeinspritzung auslösen kann, was bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 kann so positioniert sein, dass sie Kraftstoff direkt in die Brennkammer 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 gibt Flüssigkraftstoff proportional zu der Impulsbreite eines Signals FPW von der Steuerung 12 ab. Durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt), das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler beinhaltet, wird Kraftstoff an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 abgegeben. Der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 wird Betriebsstrom von einem Treiber 68 zugeführt, der auf die Steuerung 12 reagiert. In einigen Beispielen kann der Motor 10 ein Benzinmotor sein und der Kraftstofftank kann Benzin enthalten, das durch die Einspritzvorrichtung 66 in die Brennkammer 30 eingespritzt werden kann. In anderen Beispielen jedoch kann der Motor 10 ein Dieselmotor sein und der Kraftstofftank kann Dieselkraftstoff beinhalten, der durch die Einspritzvorrichtung 66 in die Brennkammer eingespritzt werden kann. Ferner kann der Motor 10 in derartigen Beispielen, in denen der Motor 10 als ein Dieselmotor konfiguriert ist, eine Glühkerze beinhalten, um die Verbrennung in der Brennkammer 30 einzuleiten.
In einem Beispiel ist die Brennkammer 30 eine primäre Brennkammer, die ferner eine Vorkammer 11 umfasst. Die Zündkerze 192 kann angeordnet sein, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu entzünden, das nur innerhalb der Vorkammer 11 angeordnet ist. Eine Positionierung der Zündkerze 192, der Einspritzvorrichtung 66 und der Vorkammer 11 kann wie nachstehend beschrieben eingestellt werden.
Der Darstellung nach kommuniziert der Ansaugkrümmer 144 mit einer Drossel 62, die eine Position einer Drosselklappe 64 einstellt, um einen Luftstrom zu dem Motorzylinder 30 zu steuern. Dies kann das Steuern des Luftstroms von aufgeladener Luft aus einer Ansaugladedruckkammer 146 beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Drossel 62 weggelassen werden und der Luftstrom zum Motor kann über eine einzelne Luftansaugsystemdrossel (air intake system throttle - AIS-Drossel) 82 gesteuert werden, die an einen Luftansaugkanal 42 gekoppelt ist und stromaufwärts von der Ansaugladedruckkammer 146 angeordnet ist. In noch weiteren Beispielen kann die AIS-Drossel 82 weggelassen werden und kann der Luftstrom zum Motor mit der Drossel 62 gesteuert werden.
In einigen Ausführungsformen ist der Motor 10 dazu konfiguriert, Abgasrückführung oder AGR bereitzustellen. Wenn sie beinhaltet ist, kann die AGR als Hochdruck-AGR und/oder Niederdruck-AGR bereitgestellt sein. In Beispielen, in denen der Motor 10 Niederdruck-AGR beinhaltet, kann die Niederdruck-AGR über einen AGR-Kanal 135 und ein AGR-Ventil 138 zu dem Motorluftansaugsystem an einer Position stromabwärts der Luftansaugsystem(AIS-)Drossel 82 und stromaufwärts eines Verdichters 162 von einer Stelle in dem Abgassystem stromabwärts einer Turbine 164 bereitgestellt sein. Die AGR kann aus dem Abgassystem in das Ansaugluftsystem gesaugt werden, wenn eine Druckdifferenz vorliegt, um den Strom anzutreiben. Eine Druckdifferenz kann durch das teilweise Schließen der AIS-Drossel 82 erzeugt werden. Eine Drosselklappe 84 steuert den Druck am Einlass zu dem Verdichter 162. Das AIS kann elektrisch gesteuert werden und seine Position kann basierend auf optionalen Positionssensoren 88 eingestellt werden.
Umgebungsluft wird über den Ansaugkanal 42, der ein Luftfilter 156 beinhaltet, in die Brennkammer 30 gesaugt. Somit dringt die Luft zunächst durch das Luftfilter 156 in den Ansaugkanal 42 ein. Der Verdichter 162 saugt dann Luft aus dem Luftansaugkanal 42 an, um der Ladedruckkammer 146 über ein Verdichterauslassrohr (in 1 nicht gezeigt) verdichtete Luft zuzuführen. In einigen Beispielen kann der Luftansaugkanal 42 einen Luftkasten (nicht gezeigt) mit einem Filter beinhalten. In einem Beispiel kann der Verdichter 162 ein Turbolader sein, bei dem Leistung für den Verdichter 162 aus dem Strom von Abgasen durch die Turbine 164 gezogen wird. Genau gesagt, können Abgase die Turbine 164, die über eine Welle 161 an den Verdichter 162 gekoppelt ist, drehen. Ein Wastegate 72 ermöglicht es, dass Abgase die Turbine 164 umgehen, sodass der Ladedruck unter veränderlichen Betriebsbedingungen gesteuert werden kann. Das Wastegate 72 kann als Reaktion auf einen erhöhten Ladebedarf, wie etwa während einer Pedalbetätigung durch den Fahrzeugführer, geschlossen werden (oder eine Öffnung des Wastegates kann verkleinert werden). Durch das Schließen des Wastegates können Abgasdrücke stromaufwärts der Turbine erhöht werden, was die Drehzahl und Spitzenleistungsausgabe der Turbine steigert. Dies ermöglicht eine Steigerung des Ladedrucks. Zusätzlich kann das Wastegate in Richtung der geschlossenen Position bewegt werden, um den gewünschten Ladedruck beizubehalten, wenn das Verdichterrückführventil teilweise geöffnet ist. In einem weiteren Beispiel kann das Wastegate 72 als Reaktion auf einen verringerten Ladebedarf, wie etwa während eines Freigebens des Pedals durch den Fahrzeugführer, geöffnet werden (oder eine Öffnung des Wastegates kann vergrößert werden). Durch das Öffnen des Wastegates können Abgasdrücke verringert werden, was die Turbinendrehzahl und Turbinenleistung reduziert. Dies ermöglicht eine Senkung des Ladedrucks.
In alternativen Ausführungsformen kann der Verdichter 162 jedoch ein Kompressor sein, wobei Leistung zu dem Verdichter 162 von der Kurbelwelle 40 entnommen wird. Somit kann der Verdichter 162 über eine mechanische Verbindung, wie etwa einen Riemen, an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein. Daher kann ein Teil der durch die Kurbelwelle 40 ausgegebenen Drehenergie auf den Verdichter 162 übertragen werden, um den Verdichter 162 mit Leistung zu versorgen.
Ein Verdichterrückführventil 158 (compressor recirculation valve - CRV) kann in einem Verdichterrückführweg 159 um den Verdichter 162 herum bereitgestellt sein, sodass sich Luft aus dem Verdichterauslass zu dem Verdichtereinlass bewegen kann, um einen Druck zu verringern, der sich an dem Verdichter 162 entwickeln kann. Ein Ladeluftkühler 157 kann in der Ladedruckkammer 146 stromabwärts des Verdichters 162 positioniert sein, um die an den Motoreinlass abgegebene aufgeladene Luftladung zu kühlen. In anderen Beispielen kann, wie in 1 gezeigt, der Ladeluftkühler 157 jedoch stromabwärts der elektronischen Drossel 62 in einem Einlasskrümmer 144 positioniert sein. In einigen Beispielen kann der Ladeluftkühler 157 ein Luft-Luft-Ladeluftkühler sein. In anderen Beispielen kann der Ladeluftkühler 157 jedoch ein Flüssigkeit-Luft-Kühler sein.
In dem abgebildeten Beispiel ist der Verdichterrückführweg 159 dazu konfiguriert, gekühlte verdichtete Luft von stromaufwärts des Ladeluftkühlers 157 zu dem Verdichtereinlass zurückzuführen. In alternativen Beispielen kann der Verdichterrückführweg 159 dazu konfiguriert sein, verdichtete Luft von stromabwärts des Verdichters und stromabwärts des Ladeluftkühlers 157 zu dem Verdichtereinlass zurückzuführen. Das CRV 158 kann über ein elektrisches Signal von der Steuerung 12 geöffnet und geschlossen werden. Das CRV 158 kann als Dreizustandsventil konfiguriert sein, das eine standardmäßige halboffene Position aufweist, aus der es in eine vollständig geöffnete Position oder eine vollständig geschlossene Position bewegt werden kann.
Eine Breitbandlambdasonde (universal exhaust gas oxygen sensor - UEGO-Sonde) 126 ist der Darstellung nach stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 70 an den Auslasskrümmer 148 gekoppelt. Alternativ dazu kann die UEGO-Sonde 126 durch eine binäre Lambdasonde ersetzt werden. Die Emissionssteuervorrichtung 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorsteine beinhalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen mit jeweils mehreren Steinen verwendet werden. Obwohl das abgebildete Beispiel die UEGO-Sonde 126 stromaufwärts der Turbine 164 zeigt, versteht es sich, dass in alternativen Ausführungsformen die UEGO-Sonde stromabwärts der Turbine 164 und stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 in dem Auslasskrümmer positioniert sein kann. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Emissionssteuervorrichtung 70 einen Dieseloxidationskatalysator (diesel oxidation catalyst - DOC) und/oder einen Dieselkaltstartkatalysator, ein Partikelfilter, einen Dreiwegekatalysator, eine NO_x-Falle, eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion und Kombinationen daraus umfassen. In einigen Beispielen kann ein Sensor stromaufwärts oder stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 angeordnet sein, wobei der Sensor dazu konfiguriert sein kann, einen Zustand der Emissionssteuervorrichtung 70 zu diagnostizieren.
Die Steuerung 12 ist in 1 als Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes beinhaltet: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe - /Ausgabeanschlüsse 104, Festwertspeicher 106, Direktzugriffsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Der Darstellung nach empfängt die Steuerung 12 zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen unterschiedliche Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren, die Folgende beinhalten: Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; einen an eine Eingabevorrichtung 130 gekoppelten Positionssensor 134 zum Erfassen der durch einen Fahrzeugführer 132 eingestellten Pedalposition (PP) der Eingabevorrichtung; einen Klopfsensor zum Bestimmen der Zündung von Endgasen (nicht gezeigt); eine Messung des Motorkrümmerdrucks (manifold pressure - MAP) von einem Drucksensor 121, der an den Einlasskrümmer 144 gekoppelt ist; eine Messung des Ladedrucks von einem Drucksensor 122, der an die Ladedruckkammer 146 gekoppelt ist; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung der in den Motor einströmenden Luftmasse von einem Sensor 120 (z. B. einem Hitzdraht-Luftmassenmesser); und eine Messung der Drosselposition von einem Sensor 58. Der Luftdruck kann ebenfalls zum Verarbeiten durch die Steuerung 12 gemessen werden (Sensor nicht gezeigt). In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Hall-Effekt-Sensor 118 eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, anhand derer die Drehzahl des Motors (U/min) bestimmt werden kann. Die Eingabevorrichtung 130 kann ein Gaspedal und/oder ein Bremspedal umfassen. Demzufolge können Ausgaben von dem Positionssensor 134 verwendet werden, um die Position des Gaspedals und/oder des Bremspedals der Eingabevorrichtung 130 zu bestimmen und damit ein gewünschtes Drehmoment des Motors zu bestimmen. Somit kann ein gewünschtes Motordrehmoment, wie es durch den Fahrzeugführer 132 angefordert wird, basierend auf der Pedalposition der Eingabevorrichtung 130 geschätzt werden.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 59 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug mit lediglich einem Motor oder ein Elektrofahrzeug mit lediglich (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 einen Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Die elektrische Maschine 52 kann ein Elektromotor oder ein Elektromotor/Generator sein. Die Kurbelwelle 40 des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über ein Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 59 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 in Eingriff gebracht sind. In dem abgebildeten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 40 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und eine zweite Kupplung 56 ist zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung in Eingriff zu bringen oder außer Eingriff zu bringen, um die Kurbelwelle 40 mit bzw. von der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder die elektrische Maschine 52 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetengetriebesystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann auf unterschiedliche Weisen konfiguriert sein, einschließlich als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 52 nimmt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 61 auf, um den Fahrzeugrädern 59 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 52 kann ebenfalls als ein Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsvorgangs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 61 bereitzustellen.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb basierend auf den empfangenen Signalen und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Zum Beispiel können die Kraftstoffeinspritzung und der Zündzeitpunkt eingestellt werden.
Unter jetziger Bezugnahme auf 2 ist ein Beispiel eines einzelnen Zylinders eines Motors 200 gezeigt. In einem Beispiel kann der Motor 200 ein nicht einschränkendes Beispiel des Motors 10 aus 1 sein. Daher kann der Motor 200 in der Ausführungsform eines Hybridfahrzeugs, wie etwa des Fahrzeugs 6 aus 1, beinhaltet sein. Auf diese Wiese kann es sich bei einer Vorkammer 244 um ein nicht einschränkendes Beispiel für die Vorkammer 11 aus 1 handeln.
Der Motor 200 umfasst eine primäre Brennkammer 201. Die primäre Brennkammer 201 kann ein nicht einschränkendes Beispiel für die Brennkammer 30 aus 1 sein. Die primäre Brennkammer 201 kann über einen Zylinderkopf 202, eine erste innere Zylinderwand 228, eine zweite innere Zylinderwand 230 und eine Kolbenfläche 231 definiert sein. Es versteht sich, dass die erste innere Zylinderwand 228 und die zweite innere Zylinderwand 230 eine einzelne, durchgehende Wand sein können. In dem Beispiel aus 2, teilt der Querschnitt die Wände jedoch in zwei Teile. Auf diese Weise kann ein primäres Brennkammervolumen durch einen Zylinderkopf 202, die erste innere Zylinderwand 228, die zweite innere Zylinderwand 230 und die Kolbenfläche 231 definiert sein. Das primäre Brennkammervolumen kann über eine Schwingung des Kolbens 234 eingestellt werden.
Die Kolbenfläche 231 entspricht einer oberen Fläche des Kolbens 234, wobei der Kolben 234 dazu konfiguriert sein kann, innerhalb der primären Brennkammer 201 über eine Kurbelwelle 232 zu schwingen. Die Kurbelwelle kann sich drehen, wenn ein Kraftstoff-LuftGemisch innerhalb der primären Brennkammer 201 verbrennt und gegen die Kolbenfläche 231 drückt und den Kolben 234 nach unten drückt. Diese Handlung kann zu einer Bewegung des Fahrzeugs führen.
Um die Verbrennungseigenschaften zu verbessern, wie etwa die Verbrennungsverteilung, ist die Vorkammer 244 über eine Vielzahl von Kanälen, die eine Vielzahl von unteren Öffnungen 246 beinhaltet, fluidisch an die primäre Brennkammer 201 gekoppelt. Die Vorkammer 244 kann eine zylindrische Form umfassen, die durch ein Schutzrohr oder eine andere Komponente mit Flächen definiert ist, die ein Innenvolumen der Vorkammer 244 getrennt von einem Innenvolumen der primären Brennkammer 201 definieren. Die Vielzahl von unteren Öffnungen 246 kann durch eine Fläche des Schutzrohrs maschinell bearbeitet sein.
Die Vorkammer 244 umfasst ferner eine Vielzahl von oberen Öffnungen 248, die oberhalb der Vielzahl von unteren Öffnungen 246 in dem Zylinderkopf 202 angeordnet ist. Die Vielzahl von oberen Öffnungen 248 interagiert mit Lufteinlass- und Kraftstoffeinführungssystemen, die in dem Zylinderkopf 202 angeordnet sind. Das heißt, das Lufteinführungssystem koppelt die Vorkammer fluidisch direkt an einen Ansaugkanal 236 und das Kraftstoffeinführungssystem koppelt die Vorkammer fluidisch direkt an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260. Auf diese Weise können das Lufteinführungs- und Kraftstoffeinführungssystem der Vorkammer 244 ermöglichen, Luft und Kraftstoff in einem Bereich außerhalb der primären Brennkammer 201 in einem Abschnitt des Zylinderkopfes 202 in der Nähe eines Feuerdecks aufzunehmen. Hierbei ist das Feuerdeck eine Fläche des Zylinderkopfes 202, die in direktem Kontakt mit dem Innenvolumen der primären Brennkammer 201 steht.
Die Vorkammer 244 umfasst ferner eine Zündvorrichtung 258, die entlang einer Mittelachse 299 der Vorkammer 244 angeordnet ist. In einem Beispiel ist die Mittelachse 299 zudem eine Mittelachse der primären Brennkammer 201, wobei der Kolben 231 entlang der Mittelachse 299 schwingt, um ein Volumen der primären Brennkammer 201 einzustellen, ohne ein Volumen der Vorkammer 244 einzustellen. In einem Beispiel sind die Vielzahl von unteren Öffnungen 246 und die Vielzahl von oberen Öffnungen 248 gleich weit von der Mittelachse 299 entfernt.
In einem Beispiel ist die primäre Brennkammer 201 frei von einer Zündvorrichtung, umfasst jedoch ihre eigene Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wie etwa die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 aus 1 oder die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die primäre Brennkammer 201 dazu konfiguriert sein, eine Saugrohreinspritzung aufzunehmen, wobei eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einer Einlassöffnung stromaufwärts des Einlassventils 238 angeordnet ist. In einem Beispiel kann die primäre Brennkammer 201 eine Saugrohreinspritzvorrichtung und eine Direkteinspritzvorrichtung umfassen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260 ist lediglich eine beispielhafte Positionierung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die positioniert ist, um direkt in die primäre Brennkammer 201 einzuspritzen. Wie veranschaulicht, befindet sich die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260 direkt benachbart zu der Vorkammer 244, während sie positioniert ist, um in einen Abschnitt der primären Brennkammer 201 benachbart zu der Vorkammer 244 einzuspritzen. Auf diese Weise kann die Vorkammer 244 derartig einen Abschnitt der Zündvorrichtung 258 aufnehmen, dass die Zündvorrichtung 258 einem Innenvolumen der Vorkammer 244 einen Zündfunken bereitstellt, während die primäre Brennkammer 201 dazu konfiguriert ist, eine Einspritzung direkt aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260 aufzunehmen. Daher ist die Vorkammer 244 in dem Beispiel aus 2 eine passive Vorkammer.
Die primäre Brennkammer 201 kann einen Luftstrom aus einem Luftansaugkanal 236 aufnehmen, wenn sich ein Einlassventil 238 in einer geöffneten Position befindet. Die Vorkammer 244 kann Luft aus der primären Brennkammer 201 über einen oder mehrere der Vielzahl von Luftwegen 248 und das Drahtgeflecht 250 aufnehmen. Die primäre Brennkammer 201 kann fluidisch an einen Abgaskanal 240 gekoppelt sein, wenn sich ein Auslassventil 242 in einer geöffneten Position befindet. Abgase können zusammen mit anderen Verbrennungsartefakten (z. B. Luft, unverbranntem Kraftstoff usw.) aus der primären Brennkammer 201 in den Abgaskanal 240 ausgestoßen werden. Wenn sich das Einlassventil 238 und das Auslassventil 242 in geschlossenen Positionen befinden, wie etwa den veranschaulichten Positionen, können die primäre Brennkammer 201 und die Vorkammer 244 gegenüber dem Ansaugkanal 236 und dem Abgaskanal 240 fluidisch abgedichtet sein.
Auf diese Weise ist die primäre Brennkammer 201 bezogen auf die Vorkammer 244 ein getrenntes Raumvolumen, wobei ein Volumen der primären Brennkammer 201 größer als ein Volumen der Vorkammer 244 ist. Die Vorkammer 244 kann Ansauggase aus der primären Brennkammer 201 aufnehmen und ein mindestens teilweise entzündetes Kraftstoff-LuftGemisch an die primäre Brennkammer 201 abgeben, um die Verbrennung innerhalb der primären Brennkammer 201 einzuleiten.
Wie veranschaulicht, ist die Vorkammer 244 innerhalb eines Volumens der primären Brennkammer 201 angeordnet. Genauer gesagt, veranschaulicht die gestrichelte Linie 206 eine Trennung zwischen dem Zylinderkopf 202 und dem Zylinderblock 204. Der Pfeil 208 veranschaulicht eine Zylinderkopfseite und der Pfeil 210 veranschaulicht eine Zylinderblockseite. Die Zündvorrichtung 258 erstreckt sich von der Zylinderkopfseite und in das Volumen der Vorkammer 244 auf der Zylinderblockseite. Die Vorkammer 244 ist in einer Position angeordnet, um derartig ein äußeres Ende der Zündvorrichtung 258 aufzunehmen, dass sie innerhalb eines Volumens der Vorkammer 244 Zündfunken bildet. In einem Beispiel ist ein gesamtes Volumen der Vorkammer 244 auf der Zylinderblockseite des Motors 201 angeordnet. Das Volumen der Vorkammer 244 ist jedoch feststehend und derartig von dem Volumen der primären Brennkammer 201 getrennt, dass die Schwingung des Kolbens 234 nicht zu einer Volumenänderung der Vorkammer 244 führt.
Unter jetziger Bezugnahme auf 3A, 3B, 3C und 3D wird eine erste Ausführungsform der primären Brennkammer 201 und der Vorkammer 244 veranschaulicht. 3A veranschaulicht einen Ansaugtakt 300 der ersten Ausführungsform. 3B veranschaulicht einen Verdichtungstakt 325 der ersten Ausführungsform. 3C veranschaulicht einen Arbeitstakt 350 der ersten Ausführungsform. 3D veranschaulicht einen Ausstoßtakt 375 der ersten Ausführungsform.
Die erste Ausführungsform veranschaulicht die Vorkammer 244, die als Hybrid-Vorkammer konfiguriert ist. In dem Beispiel der vorliegenden Offenbarung nimmt die Hybridvorkammer nur die Zündvorrichtung 258 auf. Die Vorkammer 244 umfasst einen ersten Kanal 302, der in dieser Schrift als Verbindungskanal 302 bezeichnet wird und ein Innenvolumen der Vorkammer 244 direkt an ein Innenvolumen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260 koppelt. Auf diese Weise kann der Verbindungskanal 302 ähnlich wie ein Düsenauslass 304 funktionieren, wobei der Kraftstoff aus dem Inneren der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260 durch den Düsenauslass 304 oder den Verbindungskanal 302 und in das primäre Brennkammervolumen 201 bzw. das Innenvolumen der Vorkammer 244 ausgestoßen wird.
Die Vorkammer 244 umfasst ferner einen zweiten Kanal 312, der in dieser Schrift als ein Luftkanal 312 bezeichnet wird. Der Luftkanal 312 kann dazu konfiguriert sein, Ansaugluft direkt von der Ansaugöffnung 236 zu dem Innenvolumen der Vorkammer 244 zu leiten. Der Luftkanal 312 umfasst ferner ein Ventil 314, das dazu konfiguriert ist, eine Menge von Ansaugluft zu steuern, die durch den Luftkanal 312 zu der Vorkammer 244 strömt. Eine Position des Ventils 314 kann auf einem Druck eines oder mehrerer von dem Ansaugkanal 236 und der Vorkammer 244 basieren, wobei der Druck der Vorkammer 244 auf einem primären Brennkammerdruck, einem Kraftstoffeinspritzungsdruck und dergleichen basieren kann. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Ventil 314 um ein Rückschlagventil. In einigen Beispielen kann das Ventil 314 weggelassen werden und das Ansaugluftventil, wie etwa das Ansaugluftventil 238 aus 2 kann derart geformt sein, dass es den Luftstrom sowohl zu der primären Brennkammer 201 als auch zu dem Luftkanal 312 steuert.
Auf diese Weise ist die Vorkammer 244 dazu konfiguriert, Kraftstoff direkt über den Verbindungskanal 302 und Luft über den Luftkanal 312 aufzunehmen. Jeder des Verbindungskanals 302 und des Luftkanals 302 ist außerhalb der primären Brennkammer 201 über einem Feuerdeck 303 in dem Zylinderkopf 202 angeordnet. Eine Richtung des Kraftstoffstroms durch den Verbindungskanal 302 kann in einer Richtung sein, die einer Richtung des Luftstroms durch den Luftkanal 312 entgegengesetzt ist. Die Vorkammer 244 kann Luft und/oder Kraftstoff in verschiedenen Phasen des Verbrennungszyklus aufnehmen, wie in dieser Schrift beschrieben wird. Wie veranschaulicht, sind der Verbindungskanal 302 und der Luftkanal 312 über die Vielzahl von oberen Öffnungen 248 fluidisch an die Vorkammer 244 gekoppelt. Daher strömen Luft in dem Luftkanal 312 und Kraftstoff in dem Verbindungskanal 302 nicht durch die Vielzahl von unteren Öffnungen 246.
Unter besonderer Bezugnahme auf 3A ist ein Ansaugtakt 300 des Verbrennungszyklus veranschaulicht. Der Kolben 231 bewegt sich in einer ersten Richtung 301 von dem Zylinderkopf 202 weg von einer oberen Totpunktposition (OT) zu einer unteren Totpunktposition (UT). Wenn sich der Kolben in die erste Richtung 301 bewegt, kann Ansaugluft 391 über den Ansaugkanal 236 in die primäre Brennkammer 201 eintreten. Das Ventil 314 kann aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Ansaugkanal und einem Innenvolumen der Vorkammer 244 in eine offene Position bewegt werden. Daher strömt Ansaugluft aus dem Ansaugkanal 236 durch das Ventil 314, das sich in einer offenen Position befindet, und direkt in die Vorkammer 244. Daher können sowohl die primäre Brennkammer 201 als auch die Vorkammer 244 mindestens teilweise mit Ansaugluft 391 gefüllt sein.
Während eines Abschnitts des Ansaugtakts, wie etwa nahe einem Ende des Ansaugtakts, wenn sich der Kolben 231 dem UT nähert, kann eine Kraftstoffeinspritzung 392 über eine Vielzahl von Düsenöffnungen 304 aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260 in die primäre Brennkammer 201 ausgestoßen werden. Die Kraftstoffeinspritzung 392 kann ferner direkt durch den Verbindungskanal 302 und in das Innenvolumen der Vorkammer 244 strömen. Auf diese Weise können sich Kraftstoff und Luft innerhalb des Innenvolumens der Vorkammer 244 vermischen und durch Auslässe 246 der Vorkammer 244 strömen. Das heißt, Restgase 393 können die Vorkammer 244 verlassen und sich während des Ansaugtakts mit der Ansaugluft 391 und der Kraftstoffeinspritzung 392 in der primären Brennkammer 201 vermischen.
Übergehend zu 3B wird eine Ausführungsform eines Verdichtungstakts 325 des Verbrennungszyklus gezeigt. Der Kolben 231 bewegt sich von dem UT zu dem OT in einer zweiten Richtung 326, die der ersten Richtung 301 aus 3A entgegengesetzt ist. Während des Verdichtungstakts können weiterhin Kraftstoffeinspritzungen 392 erfolgen. Daher kann Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260 über die Vielzahl von Düsenöffnungen 304 austreten und in die primäre Brennkammer 201 strömen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260 kann zudem einen Teil ihrer Kraftstoffeinspritzung über den Verbindungskanal 302 in das Innenvolumen der Vorkammer 244 leiten. Das Innenvolumen der Vorkammer 244 kann ferner Gase aufnehmen, die sich in der Nähe des OT der primären Brennkammer 201 befinden. In dem in 3B veranschaulichten Beispiel beinhalten die Gase, die sich in der Nähe des OT befinden, Ansaugluft 391. Es versteht sich jedoch, dass die Gase ferner Kraftstoffdämpfe und/oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch beinhalten können. Auf diese Weise können sich Kraftstoff und Luft während des Verdichtungstakts weiterhin innerhalb des Innenvolumens der Vorkammer 244 vermischen.
Übergehend zu 3C ist eine Ausführungsform eines Arbeitstakts 350 (z. B. eines Arbeitshubs) des Verbrennungszyklus veranschaulicht. Der Arbeitstakt beinhaltet das Bewegen des Kolbens 231 in der ersten Richtung 301 von dem OT zu dem UT. Kurz vor oder zu Beginn des Arbeitstakts kann die Zündvorrichtung 258 einen Zündfunken innerhalb des Innenvolumens der Vorkammer 244 bereitstellen, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch darin gezündet und in die primäre Brennkammer 201 ausgestoßen wird. In einem Beispiel kann kurz vor dem Arbeitstakt beinhalten, dass sich der Kolben 231 innerhalb eines Schwellenbereiches des OT während des Verdichtungstakts befindet. In einem Beispiel liegt der Schwellenbereich innerhalb von 25 % oder weniger von dem OT. Das verbrannte Gemisch und/oder die Flammenfront ist/sind über Pfeile 394 veranschaulicht. Die Flammenfront kann tief in das Volumen der primären Brennkammer 201 wandern, um die Flammenfront durch die primäre Brennkammer 201 gleichmäßiger zu verteilen. Wie gezeigt, tritt das verbrannte Gemisch 394 nur über die unteren Öffnungen 246 aus der Vorkammer 244 aus.
Die Düsenauslässe 304 und die unteren Öffnungen 246 können geformt sein, um Wechselwirkungen zwischen Gasen und/oder Flüssigkeiten, die aus diesen ausgestoßen werden, zu vermeiden. Daher können Sprühstrahlen nicht auf einen Boden der Vorkammer 244 oder der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 260 auftreffen.
Übergehend zu 3D ist eine Ausführungsform eines Ausstoßtakt 375 des Verbrennungszyklus veranschaulicht. Der Ausstoßtakt beinhaltet das Bewegen des Kolbens 231 in der zweiten Richtung 301 von dem UT zu dem OT. Wenn sich der Kolben 231 in die zweite Richtung 326 bewegt, werden Abgase 395 aus der primären Brennkammer 201 und in den Abgaskanal 240 gedrückt.
Unter jetziger Bezugnahme auf 4A wird eine erste beispielhafte Form 400 eines Verbindungskanals 402 gezeigt, bei dem es sich um ein nicht einschränkendes Beispiel für den Verbindungskanal 302 aus 3A-3D handeln kann. Der Verbindungskanal 402 umfasst eine gleichmäßige Querschnittsdurchflussfläche 404 entlang einer Achse, die senkrecht zu einer Kraftstoffeinspritzströmungsrichtung von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu dem durch den Pfeil 406 veranschaulichten Innenvolumen der Vorkammer verläuft. Daher umfasst der Verbindungskanal 402 einen rechteckigen Querschnitt entlang der Kraftstoffeinspritzströmungsrichtung. In einem Beispiel ist der Verbindungskanal 402 eine Düse mit geraden Löchern, wobei sein Durchmesser (z. B. die Querschnittsdurchflussfläche 404) gleich 0,05 mm ist und seine Länge gleich 2,0 mm ist.
Unter jetziger Bezugnahme auf 4B wird eine zweite beispielhafte Form 410 eines Verbindungskanals 412 gezeigt, bei dem es sich um ein nicht einschränkendes Beispiel für den Verbindungskanal 302 aus 3A-3D handeln kann. Der Verbindungskanal 412 umfasst eine ungleichmäßige Querschnittsdurchflussfläche 414 entlang einer Achse, die senkrecht zu einer Kraftstoffeinspritzströmungsrichtung von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu dem durch den Pfeil 416 veranschaulichten Innenvolumen der Vorkammer verläuft. In einem Beispiel nimmt die Querschnittsdurchflussfläche 414 in Richtung der Kraftstoffeinspritzströmungsrichtung derart ab, dass der Verbindungskanal 412 proximal zu der Vorkammer am engsten ist. In einem Beispiel ist der Verbindungskanal 412 eine nach vorn gerichtet Kegeldüse, die einen Einlassdurchmesser 414A von 0,1 mm und einen Auslassdurchmesser 414B von 0,05 mm und eine Länge von 2,0 mm umfasst.
Unter jetziger Bezugnahme auf 4C wird eine dritte beispielhafte Form 420 eines Verbindungskanals 422 gezeigt, bei dem es sich um ein nicht einschränkendes Beispiel für den Verbindungskanal 302 aus 3A-3D handeln kann. Der Verbindungskanal 422 umfasst eine ungleichmäßige Querschnittsdurchflussfläche 424 entlang einer Achse, die senkrecht zu einer Kraftstoffeinspritzströmungsrichtung von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu dem durch den Pfeil 426 veranschaulichten Innenvolumen der Vorkammer verläuft. In einem Beispiel nimmt die Querschnittsdurchflussfläche 424 in Richtung der Kraftstoffeinspritzströmungsrichtung derart zu, dass der Verbindungskanal 422 proximal zu der Vorkammer am breitesten ist. In einem Beispiel ist der Verbindungskanal 422 eine nach hinten gerichtete Kegeldüse, die einen Einlassdurchmesser 424A von 0,05 mm und einen Auslassdurchmesser 414B von 0,1 mm und eine Länge von 2,0 mm umfasst.
Unter jetziger Bezugnahme auf 4D wird eine vierte beispielhafte Form 430 eines Verbindungskanals 432 gezeigt, bei dem es sich um ein nicht einschränkendes Beispiel für den Verbindungskanal 302 aus 3A-3D handeln kann. Der Verbindungskanal 432 umfasst eine ungleichmäßige Querschnittsdurchflussfläche 434 entlang einer Achse, die senkrecht zu einer Kraftstoffeinspritzströmungsrichtung von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu dem durch den Pfeil 436 veranschaulichten Innenvolumen der Vorkammer verläuft. In einem Beispiel nimmt die Querschnittsdurchflussfläche 434 in Richtung eines Mittelabschnitts des Verbindungskanals 432 von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung aus ab und beginnt dann, von dem Mittelabschnitt zu der Vorkammer zuzunehmen. In einem Beispiel ist der Verbindungskanal 432 ein Venturi-Kanal, der eine symmetrische Form umfasst, wobei der Verbindungskanal 432 proximal zu der Vorkammer und der Kraftstoffeinspritzvorrichtung am breitesten und in seiner Mitte am schmalsten ist. Anders ausgedrückt umfasst der Verbindungskanal 432 einen Venturi-Einlass 432A benachbart zu der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, einen Venturi-Auslass 432B benachbart zu der Vorkammer und eine Venturi-Verengung 432C zwischen dem Venturi-Einlass 432A und dem Venturi-Einlass 432B. In einem Beispiel ist der Verbindungskanal 432 ein symmetrischer Venturi-Kanal, der einen Einlassdurchmesser 434A von 0,12 mm, einen Auslassdurchmesser von 0,12 mm, einen Verengungsdurchmesser von 0,05 mm und eine Länge von 2,0 mm umfasst.
Obwohl nicht veranschaulicht, kann die Venturi-Verengung 432C des Verbindungskanals 432 mit einem anderen Kanal, wie etwa dem Luftkanal 312, verbunden sein. Auf diese Weise können sich Kraftstoff und Luft direkt innerhalb des Verbindungskanals 432 vermischen.
Unter jetziger Bezugnahme auf 4E wird eine fünfte beispielhafte Form 440 eines Verbindungskanals 442 gezeigt, bei dem es sich um ein nicht einschränkendes Beispiel für den Verbindungskanal 302 aus 3A-3D handeln kann. Der Verbindungskanal 442 umfasst eine ungleichmäßige Querschnittsdurchflussfläche 444 entlang einer Achse, die senkrecht zu einer Kraftstoffeinspritzströmungsrichtung von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu dem durch den Pfeil 446 veranschaulichten Innenvolumen der Vorkammer verläuft. In einem Beispiel umfasst der Verbindungskanal 442 eine vorgespannte Venturi-Form, wobei eine Venturi-Verengung 442C näher an dem Venturi-Einlass 442A ist als an dem Venturi-Auslass 442B. Daher kann die Querschnittsdurchflussfläche 444 mit einer größeren Rate durch den Venturi-Einlass 442A abnehmen als ihre Zunahmerate von der Venturi-Verengung 442C aus zu dem Venturi-Auslass 442B. In einem Beispiel ist der Verbindungskanal 442 ein asymmetrischer nach vorn gerichteter Venturi-Kanal mit einem Einlassdurchmesser 444A und einem Auslassdurchmesser 444B von 0,12 mm und einem Verengungsdurchmesser 444C von 0,05 mm, wobei sich die Verengung 442C proximal zu dem Einlass 442A befindet. Eine Länge des Verbindungskanals 442 ist gleich 2,0 mm.
Unter jetziger Bezugnahme auf 4F wird eine fünfte beispielhafte Form 450 eines Verbindungskanals 452 gezeigt, bei dem es sich um ein nicht einschränkendes Beispiel für den Verbindungskanal 302 aus 3A-3D handeln kann. Der Verbindungskanal 452 umfasst eine ungleichmäßige Querschnittsdurchflussfläche 454 entlang einer Achse, die senkrecht zu einer Kraftstoffeinspritzströmungsrichtung von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu dem durch den Pfeil 456 veranschaulichten Innenvolumen der Vorkammer verläuft. In einem Beispiel umfasst der Verbindungskanal 452 eine vorgespannte Venturi-Form, wobei eine Venturi-Verengung 452C näher an dem Venturi-Auslass 442B ist als an dem Venturi-Einlass 442A. Daher nimmt die Querschnittsdurchflussfläche 454 mit einer ersten Rate von dem Venturi-Einlass 452A zu der Venturi-Verengung 452C ab und nimmt mit einer zweiten Rate von der Venturi-Verengung 452C zu dem Venturi-Auslass 452B zu, wobei die erste Rate geringer ist als die zweite Rate. In einem Beispiel ist der Verbindungskanal 452 ein asymmetrischer nach hinten gerichteter Venturi-Kanal mit einem Einlassdurchmesser 454A und einem Auslassdurchmesser 454 von 0,12 mm und einem Verengungsdurchmesser 454C von 0,05 mm, wobei sich die Verengung 452C proximal zu dem Einlass 452A befindet. Eine Länge des Verbindungskanals 452 ist gleich 2,0 mm.
In einem Beispiel kann die Vorkammer weniger Kraftstoff benötigen als die primäre Brennkammer, sodass ein Durchmesser des Verbindungskanals geringer als ein Durchmesser von Düsenauslässen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist. Das heißt, es kann weniger Kraftstoff durch den Verbindungskanal fließen als durch die Düsenauslässe, die Kraftstoff in die primäre Brennkammer leiten. Daher kann eine der Ausführungsformen aus 4A bis 4F basierend auf einer gewünschten Kraftstoffströmungscharakteristik einer bestimmten Motorumgebung ausgewählt werden.
Unter jetziger Bezugnahme auf 5A bis 5E werden Ausführungsformen einer primären Brennkammer 501 und einer Vorkammer 512 gezeigt. In einem Beispiel umfassen die Ausführungsformen aus 5A-5E eine Vorkammer 512, die eine Form umfasst, welche im Wesentlichen mit einer Form der Vorkammer 244 identisch ist. Eine Positionierung der Vorkammer 512 kann sich jedoch von der Positionierung der Vorkammer 244 dahingehend unterscheiden, dass alle Öffnungen der Vorkammer 512 innerhalb der primären Brennkammer 501 angeordnet sind. In einem Beispiel kann die Vorkammer 244 in den Beispielen aus 5A bis 5E verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Ein Kolben 531 kann eine Form umfassen, die dazu konfiguriert ist, Ansaugluftstrom und Kraftstoffeinspritzstrom in das Innenvolumen der Vorkammer 512 zu leiten, ähnlich wie die Ansaugluft- und Kraftstoffeinspritzströme in Bezug auf 3A bis 3D. Genauer gesagt, umfasst der Kolben 531 eine halbierte Achteckform, wobei der Kolben 531 symmetrisch ist und erste Seiten 541, zweite Seiten 542 und dritte Seiten 543 umfasst. Zwischen den dritten Seiten 543 kann sich ein Paar von Rampen 544 befinden, die durch eine Aussparung 545 getrennt sind, wobei die Aussparung derart geformt ist, dass sie mindestens einen Abschnitt der Vorkammer 544 am OT aufnimmt.
Die ersten Seiten 541 können benachbart zu den zweiten Seiten 542 und den Brennkammerwänden sein. Die ersten Seiten 541 können in einem ersten Winkel 541A relativ zu einer Mittelachse 599 abgewinkelt sein, um die der Kolben 531 schwingen kann. Der erste Winkel 541A kann größer als 0 und kleiner als 20 Grad sein. In einem Beispiel liegt der Winkel 541A zwischen 5 und 15 Grad.
Die zweiten Seiten 542 können sich zwischen den ersten Seiten 41 und den dritten Seiten 543 befinden, wobei die zweiten Seiten 542 mit einem Ansaugkanal 536 und einem Abgaskanal 540 eine Schnittstelle bilden können. Die zweiten Seiten 542 können in einem zweiten Winkel 542A relativ zu der Mittelachse 599 abgewinkelt sein. Der zweite Winkel 542A kann größer als der erste Winkel 541A sein, wobei der zweite Winkel 542A zwischen 20 und 60 Grad beträgt. In einem Beispiel beträgt der zweite Winkel 542A zwischen 30 und 50 Grad. Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einigen Beispielen der zweite Winkel 542A zwischen 35 und 45 Grad betragen.
Die dritten Seiten 543 können sich zwischen den zweiten Seiten 542 und den Rampen 544 befinden. Die dritten Seiten 543 können nicht eben sein, wohingegen die ersten Seiten 541 und die zweiten Seiten 542 eine ebene Form umfassen. In einem Beispiel können die dritten Seiten 543 nicht eben sein, um den Kraftstoff- und Ansaugluftstrom in Richtung der Vorkammer 512 umzuleiten. In einem Beispiel sind die dritten Seiten 543 konturiert, wobei die Kontur eine leichte Vertiefung bildet, die von dem Zylinderkopf 504 wegragt. In einem Beispiel kann ein durchschnittlicher Winkel und/oder ein Gesamtwinkel der dritten Seiten 542 im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse 599 verlaufen.
Die Rampen 544 können sich zwischen den dritten Seiten 543 und der Aussparung 545 befinden. Die Rampen 544 können derart geformt sein, dass sie mindestens einen Abschnitt der Vorkammer 544 umgeben, wenn der Kolben 531 am OT ist. In einem Beispiel erstrecken sich die Rampen 544 in Richtung der oberen Öffnungen 518, ohne die oberen Öffnungen 518 abzudecken. Daher können die oberen Öffnungen 518 über einen gesamten Bewegungsbereich des Kolbens 531 fluidisch an die primäre Brennkammer 501 gekoppelt bleiben. Die Rampen 544 können um einen dritten Winkel 544A zu der Mittelachse 599 abgewinkelt sein. In einem Beispiel ist der dritte Winkel 544A im Wesentlichen gleich dem zweiten Winkel 542A. Es versteht sich jedoch, dass der dritte Winkel 544A geringer oder größer als der zweite Winkel 542A sein kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die Aussparung 545 befindet sich zwischen den Rampen 544 und ist dazu konfiguriert, einen Abschnitt der Vorkammer 512 aufzunehmen. In einem Beispiel ist die Aussparung 545 derart geformt, dass Spalte zwischen Flächen der Aussparung 545 und der Vorkammer 512 vorhanden sind. Auf diese Weise kann die Vorkammer 512 fluidisch an das Innenvolumen der primären Brennkammer 501 gekoppelt sein, selbst wenn die Vorkammer 512 mindestens teilweise innerhalb der Aussparung 545 angeordnet ist.
Wie vorstehend beschrieben, kann sich die Positionierung der Vorkammer 512 von der Positionierung der Vorkammer 244 aus 2-3D unterscheiden. Alle Öffnungen der Vorkammer 512 sind innerhalb der primären Brennkammer 501 angeordnet, sodass die Vorkammer 512 im Gegensatz zu der Vorkammer 244 keine Gase aus einem Bereich außerhalb der primären Brennkammer 501 aufnehmen kann. Genauer gesagt, koppeln die oberen Öffnungen 518 und eine Vielzahl von unteren Öffnungen 514 das Innenvolumen der Vorkammer 512 fluidisch nur an das Innenvolumen der primären Brennkammer 501. Jede der unteren Öffnungen 514 und der oberen Öffnungen 518 kann in Abhängigkeit von einer Kolbenposition während eines Verbrennungszyklus als Einlass oder Auslass fungieren.
Unter jetziger Bezugnahme auf 5A wird eine Ausführungsform 500 eines Ansaugtakts in einem frühen Stadium für die primäre Brennkammer 501 gezeigt. Während des frühen Stadiums des Ansaugtakts, das auftreten kann, wenn sich der Kolben 531 in eine erste Richtung 503 bewegt und sich noch innerhalb eines Schwellenbereiches des OT (z. B. innerhalb von 50 % des OT) befindet, kann ein Vakuum regeneriert werden, wenn sich der Kolben in die erste Richtung 503 bewegt. Dieses Vakuum kann Restgase aus der Vorkammer 512 saugen, wie über Restgase 591 veranschaulicht, die über die unteren Öffnungen 514 aus der Vorkammer 512 austreten. Wenn die Restgase 591 aus der Vorkammer 512 austreten, können Ansauggase 592 die Vorkammer 512 füllen, indem sie über die oberen Öffnungen 518 in das Innenvolumen der Vorkammer 512 eintreten.
Unter jetziger Bezugnahme auf 5B wird eine Ausführungsform 525 eines Ansaugtakts in einem späten Stadium für die primäre Brennkammer 501 gezeigt. Während des späten Stadiums des Ansaugtakts, das im Anschluss an das frühe Stadium des Ansaugtakts innerhalb einer gleichen Bewegung des Kolbens von dem OT zu dem UT erfolgt, spritzt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 560 Kraftstoff 593 in die primäre Brennkammer 501 ein. In einem Beispiel kann die Form der dritten Seiten 593, der Rampen 544 und der Aussparung 545 eine verbesserte Luft- und Kraftstoffmischung während des späten Stadiums des Ansaugtakts fördern, in dem ein Teil des Luft-Kraftstoff-Gemisches die Aussparung 545 füllt. Ähnlich den Beispielen aus 3A bis 3D ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 560 zwischen der Vorkammer 512 und der Auslassöffnung 538 angeordnet.
Unter jetziger Bezugnahme auf 5C wird eine Ausführungsform 530 eines frühen Stadiums eines Verdichtungstakts gezeigt. In einem Beispiel tritt das frühe Stadium des Verdichtungstakts im Anschluss an das späte Stadium des Ansaugtakts auf und wenn der Kolben 531 noch näher am UT als am OT liegt. Der Kolben 531 bewegt sich in die zweite Richtung, die der ersten entgegengesetzt ist. Das frühe Stadium des Verdichtungstakts kann dem späten Stadium des Ansaugtakts insofern ähnlich sein, als dass der Kraftstoff 593 noch in die primäre Brennkammer 501 eingespritzt werden kann.
Unter jetziger Bezugnahme auf 5D wird eine Ausführungsform 550 eines späten Stadiums des Verdichtungstakts gezeigt. In einem Beispiel tritt das späte Stadium des Verdichtungstakts auf, wenn sich der Kolben 531 dem OT nähert, sodass sich der Kolben 531 näher am OT als am UT befindet. In dem späten Stadium des Verdichtungstakts ist die Vorkammer 512 mindestens teilweise durch Flächen der Aussparung 545 umgeben. Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch 594 in der Aussparung 545 kann über die unteren Öffnungen 514 in das Innenvolumen der Vorkammer 512 gedrückt werden. Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch 594 die Vorkammer 512 mindestens teilweise füllt, können Ansauggase 592 über die oberen Öffnungen 518 aus der Vorkammer 512 austreten.
Unter jetziger Bezugnahme auf 5E wird eine Ausführungsform 575 des Kolbens 531 am OT zwischen dem Verdichtungstakt und einem Arbeitstakt gezeigt, wobei die Zündvorrichtung 528 aktiviert ist. Daher erfolgt die Verbrennungszündung zuerst in der Vorkammer 512 und die verbrannten Gase 595 treten über die oberen Öffnungen 518 aus der Vorkammer 512 aus.
Wenn sich der Kolben während des Arbeitstakts nach unten bewegt, können die verbrannten Gase 595 nach unten gesaugt werden und ein gesamtes Volumen der primären Brennkammer 501 durchdringen, um eine Flammenfront gleichmäßig zu verteilen. Während des beispielhaften Takts können Abgase, die durch Verbrennung der verbrannten Gase 595 gebildet werden, vor dem Beginn eines nachfolgenden Verbrennungszyklus über den Abgaskanal 538 aus der primären Brennkammer 501 gedrückt werden.
In einem Beispiel kann der Kolben 531 in den Ausführungsformen aus 3A bis 3D genutzt werden. Auf diese Weise kann die Vorkammer 244, die das Lufteinführungssystem und das Kraftstoffeinführungssystem außerhalb der primären Brennkammer umfasst, die Vorteile der Aussparung und der angewinkelten Seiten des Kolbens 531 nutzen.
1-5 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Sind sie als einander direkt berührend oder direkt aneinandergekoppelt gezeigt, können derartige Elemente mindestens in einem Beispiel als einander direkt berührend bzw. direkt aneinandergekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die zusammenhängend oder aneinander angrenzend gezeigt sind, mindestens in einem Beispiel zusammenhängen bzw. aneinander angrenzen. Als ein Beispiel können Komponenten, die in flächenteilendem Kontakt zueinander liegen, als in flächenteilendem Kontakt zueinander bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich dazwischen nur ein Zwischenraum befindet und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel derartig bezeichnet werden. In einem anderen Beispiel können Elemente, die über - /untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander dargestellt sind, in Relation zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, in mindestens einem Beispiel ein oberstes Element oder ein oberster Punkt des Elements als „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im vorliegenden Zusammenhang kann sich Oberteil/Unterteil, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und verwendet werden, um die Anordnung von Elementen der Figuren in Relation zueinander zu beschreiben. Von daher sind in einem Beispiel Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren abgebildet sind, als diese Formen (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen) aufweisend bezeichnet werden. Ferner können Elemente, die einander schneidend gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel als einander schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Noch ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden. Es versteht sich, dass eine oder mehrere Komponenten, die als „im Wesentlichen ähnlich und/oder identisch“ bezeichnet werden, sich je nach Herstellungstoleranzen (z. B. innerhalb von 1-5 % Abweichung) voneinander unterscheiden.
Auf diese Weise kann eine Hybrid-Vorkammer eine oder mehrere Öffnungen zum Aufnehmen von Luft und Kraftstoff während eines Abschnitts eines Ansaugtakts umfassen. Dies kann die Kosten reduzieren und das Verpacken vereinfachen, da eine einzelne Einspritzvorrichtung positioniert ist, um direkt in eine primäre Brennkammer einzuspritzen, während weiterhin Kraftstoff direkt an ein Innenvolumen der Hybrid-Vorkammer bereitgestellt wird. Darüber hinaus können durch Einleiten von Luft in die Hybrid-Vorkammer Restgase aus dem Innenvolumen der Vorkammer gespült werden. Die technische Wirkung der Hybridvorkammer besteht darin, die Verbrennungseigenschaften zu verbessern, indem sie ein oder mehrere Merkmale zum direkten Aufnehmen von Luft und Kraftstoff umfasst.
Eine Ausführungsform eines Systems umfasst eine Vorkammer, die fluidisch an eine primäre Brennkammer gekoppelt ist, wobei die Vorkammer einen Verbindungskanal umfasst, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung fluidisch an die Vorkammer außerhalb der primären Brennkammer koppelt.
Ein erstes Beispiel für das System beinhaltet ferner, dass die Vorkammer ferner einen Luftkanal umfasst, der außerhalb der primären Brennkammer angeordnet ist, wobei der Luftkanal die Vorkammer fluidisch an einen Ansaugkanal koppelt.
Ein zweites Beispiel für das System, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass ein Rückschlagventil entlang des Luftkanals angeordnet ist.
Ein drittes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass eine Zündvorrichtung dazu positioniert ist, einen Funken innerhalb eines Innenvolumens nur der Vorkammer bereitzustellen.
Ein viertes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung die einzige Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist, und wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung dazu positioniert ist, Kraftstoff direkt in die primäre Brennkammer und den Verbindungskanal einzuspritzen.
Ein fünftes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Vorkammer eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, welche die Vorkammer fluidisch an die primäre Brennkammer koppelt.
Eine Ausführungsform eines Motors umfasst eine Vorkammer, die fluidisch an eine primäre Brennkammer gekoppelt ist, wobei ein Kolben dazu konfiguriert ist, innerhalb der primären Brennkammer zu schwingen, wobei die Vorkammer einen Luftkanal umfasst, der die Vorkammer fluidisch an einen Ansaugkanal koppelt, wobei der Luftkanal außerhalb der primären Brennkammer angeordnet ist.
Ein erstes Beispiel für den Motor beinhaltet ferner, dass der Luftkanal ein Ventil zum Einstellen eines Stroms von Ansaugluft dort hindurch umfasst.
Ein zweites Beispiel für den Motor, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Vorkammer ferner einen Verbindungskanal umfasst, der dazu konfiguriert ist, die Vorkammer fluidisch an eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu koppeln, wobei der Verbindungskanal außerhalb der primären Brennkammer angeordnet ist.
Ein drittes Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Verbindungskanal und der Luftkanal oberhalb eines Feuerdecks in einem Zylinderkopf angeordnet sind.
Ein viertes Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Verbindungskanal eine Form eines geraden Loches, eine Kegelform, eine symmetrische Venturi-Form oder eine asymmetrische Venturi-Form umfasst.
Ein fünftes Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung die einzige Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist, und wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung dazu positioniert ist, direkt in die primäre Brennkammer und den Verbindungskanal einzuspritzen.
Ein sechstes Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Kolben dazu konfiguriert ist, ein Volumen nur der primären Brennkammer und nicht der Vorkammer einzustellen.
Ein siebtes Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Vorkammer eine Zündkerze umfasst, die dazu konfiguriert ist, direkt einen Zündfunken darin bereitzustellen.
Ein achtes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Vorkammer eine Vielzahl von unteren Öffnungen umfasst, welche die Vorkammer fluidisch an die primäre Brennkammer koppelt, wobei die Vielzahl von unteren Öffnungen relativ zu einer Mittelachse abgewinkelt ist, entlang welcher der Kolben schwingt.
Eine Ausführungsform für ein System umfasst eine Vorkammer und einen Kolben, der innerhalb einer primären Brennkammer angeordnet ist, wobei der Kolben eine Aussparung zum Aufnehmen mindestens eines Abschnitts der Vorkammer umfasst.
Ein erstes Beispiel für das System beinhaltet ferner, dass die Vorkammer eine Vielzahl von oberen Öffnungen und eine Vielzahl von unteren Öffnungen umfasst, wobei die Vielzahl von oberen Öffnungen außerhalb der Aussparung angeordnet ist, wenn der Abschnitt der Vorkammer in der Aussparung angeordnet ist.
Ein zweites Beispiel für das System, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung dazu konfiguriert ist, Kraftstoff direkt in die primäre Brennkammer in Richtung der Aussparung einzuspritzen.
Ein drittes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der Kolben eine Vielzahl von Rampen umfasst, welche die Aussparung einschließen, wobei die Vielzahl von Rampen dazu konfiguriert ist, Gase in Richtung der Öffnungen der Vorkammer zu leiten.
Ein viertes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere der vorhergehenden Beispiele beinhaltet, beinhaltet ferner, dass alle Öffnungen der Vorkammer innerhalb der primären Brennkammer angeordnet sind.
Es ist anzumerken, dass die in dieser Schrift beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht transitorischem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die konkreten in dieser Schrift beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen kann bzw. können in Abhängigkeit von der konkreten verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in nichttransitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem einprogrammiert werden soll, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen, sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die in dieser Schrift offenbart sind.
Wie in dieser Schrift verwendet, ist der Ausdruck „etwa“ als plus oder minus fünf Prozent des jeweiligen Bereichs aufgefasst, es sei denn, es wird etwas anderes vorgegeben.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2012/0103302 [0003]

Claims

System, umfassend: eine Vorkammer, die fluidisch an eine primäre Brennkammer gekoppelt ist, wobei die Vorkammer einen Verbindungskanal umfasst, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung fluidisch an die Vorkammer außerhalb der primären Brennkammer koppelt.
System nach Anspruch 1, wobei die Vorkammer ferner einen Luftkanal umfasst, der außerhalb der primären Brennkammer angeordnet ist, wobei der Luftkanal die Vorkammer fluidisch an einen Ansaugkanal koppelt.
System nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Rückschlagventil, das entlang des Luftkanals angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei eine Zündvorrichtung dazu positioniert ist, einen Funken innerhalb eines Innenvolumens nur der Vorkammer bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung die einzige Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist und wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung dazu positioniert ist, Kraftstoff direkt in die primäre Brennkammer und den Verbindungskanal einzuspritzen.
System nach Anspruch 1, wobei die Vorkammer eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, welche die Vorkammer fluidisch an die primäre Brennkammer koppelt.
Motor, umfassend: eine Vorkammer, die fluidisch an eine primäre Brennkammer gekoppelt ist, wobei ein Kolben dazu konfiguriert ist, innerhalb der primären Brennkammer zu schwingen, wobei die Vorkammer einen Luftkanal umfasst, der die Vorkammer fluidisch an einen Ansaugkanal koppelt, wobei der Luftkanal außerhalb der primären Brennkammer angeordnet ist.
Motor nach Anspruch 7, wobei der Luftkanal ein Ventil zum Einstellen eines Stroms von Ansaugluft durch diesen umfasst.
Motor nach Anspruch 7, wobei die Vorkammer ferner einen Verbindungskanal umfasst, der dazu konfiguriert ist, die Vorkammer fluidisch an eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu koppeln, wobei der Verbindungskanal außerhalb der primären Brennkammer angeordnet ist.
Motor nach Anspruch 9, wobei der Verbindungskanal und der Luftkanal oberhalb eines Feuerdecks in einem Zylinderkopf angeordnet sind.
Motor nach Anspruch 9, wobei der Verbindungskanal eine Form eines geraden Loches, eine Kegelform, eine symmetrische Venturi-Form oder eine asymmetrische Venturi-Form umfasst.
Motor nach Anspruch 9, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung die einzige Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist und wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung dazu positioniert ist, direkt in die primäre Brennkammer und den Verbindungskanal einzuspritzen.
Motor nach Anspruch 7, wobei der Kolben dazu konfiguriert ist, ein Volumen nur der primären Brennkammer und nicht der Vorkammer einzustellen.
Motor nach Anspruch 7, wobei die Vorkammer eine Zündkerze umfasst, die dazu konfiguriert ist, direkt darin einen Zündfunken bereitzustellen.
Motor nach Anspruch 7, wobei die Vorkammer eine Vielzahl von unteren Öffnungen umfasst, welche die Vorkammer fluidisch an die primäre Brennkammer koppelt, wobei die Vielzahl von unteren Öffnungen relativ zu einer Mittelachse abgewinkelt ist, entlang welcher der Kolben schwingt.