DE102021123566A1

DE102021123566A1 - Systeme und verfahren für einen vorkammerzünder mit variablem volumen

Info

Publication number: DE102021123566A1
Application number: DE102021123566.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Leone; Michael Czekala
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2022-03-17
Also published as: CN114165328A; US11156149B1

Abstract

Diese Offenbarung stellt Systeme und Verfahren für einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen bereit. Es sind Systeme und Verfahren für einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen bereitgestellt, der in einem Motorsystem gekoppelt sein kann. In einem Beispiel kann ein System einen Vorkammerzünder beinhalten, der an einen Zylinder eines Motors gekoppelt ist, wobei der Vorkammerzünder eine bewegliche Kappe beinhaltet, die ein Innenvolumen des Vorkammerzünders umschliel t und das Innenvolumen des Vorkammerzünders von einem Innenvolumen des Zylinders trennt. Durch Einstellen einer Position der Kappe kann das Innenvolumen des Vorkammerzünders eingestellt werden, um eine zuverlässige Zündung des Zylinders über einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen bereitzustellen.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Systeme und Verfahren für Motoren, die Vorkammerzündsysteme aufweisen.
Allgemeiner Stand der Technik
Eine Brennkraftmaschine verbrennt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in Zylindern, um Drehmoment zu erzeugen, das verwendet werden kann, um ein Fahrzeug anzutreiben. In einigen derartigen Motoren wird eine Zündquelle verwendet, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch in jedem Zylinder während eines Verdichtungstaktes zu entzünden. Beispielsweise beinhaltet in herkömmlichen Fremdzündungsmotoren jeder Zylinder eine Zündkerze zum direkten Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder. In weiteren Beispielen kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder durch Heil gas- und Flammenstrahlen aus einer Vorverbrennungskammer entzündet werden, die in dieser Schrift als eine Vorkammer bezeichnet wird. Eine passive Vorkammer kann eine ummauerte Kammer sein, die sich im Totraum des Zylinders befindet, und kann eine Zündkerze beinhalten. Während des Motorbetriebs wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder eingeleitet und ein Teil des Luft-Kraftstoff-Gemisches wird während eines Verdichtungstaktes des Zylinders über einen Druckunterschied zwischen der passiven Vorkammer und dem Zylinder in die passive Vorkammer eingeführt. Wenn eine Zündung angefordert ist, wird die Zündkerze in der Vorkammer betätigt, wodurch der Teil des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer entzündet wird. Nachdem der Teil des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer entzündet wurde, können Flammen- und Heil gasstrahlen aus der Vorkammer austreten und über ein oder mehrere Löcher in den Vorkammerwänden in den Zylinder eindringen. Diese Strahlen entzünden das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder, um Drehmoment zu erzeugen.
Die Vorkammerzündung kann während einiger Motorbetriebsbedingungen Leistungs- und Wirkungsgradvorteile gegenüber einem klassischen Fremdzündungsmotor bieten. Beispielsweise kann ein Zylinder mit Vorkammerzündung mit größerer Verdünnung (z. B. stärkerer Abgasrückführung oder einem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis) als ein ähnlicher Zylinder eines klassischen Fremdzündungsmotors betrieben werden, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch in dem Zylinder mit Vorkammerzündung führen kann. In weiteren Beispielen kann ein Zylinder mit Vorkammerzündung aufgrund einer erhöhten Brenngeschwindigkeit in dem Zylinder mehr Leistung erzeugen als ein Zylinder, der durch eine Zündkerze gezündet wird, was eine Zeitdauer für das Auftreten von Klopfverbrennung verringern kann und dadurch ermöglicht, dass der Zündzeitpunkt weiter in Richtung des maximalen Bremsmoments (maximum brake torque - MBT) vorgeschoben wird.
Passive Vorkammersysteme bieten jedoch keine direkte Steuerung der Kraftstoff- und Sauerstoffpegel in der Vorkammer. Beispielsweise kann während des Betriebs bei geringer Last die Menge des in die passive Vorkammer eingeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches abnehmen und können niedrige Pegel von Kraftstoff und Sauerstoff in der passiven Vorkammer zu einer gesenkten Verbrennungsstabilität (z. B. Zündfähigkeit) und einem erhöhten Auftreten von Vorkammerfehlzündung führen. In einem weiteren Beispiel kann während einer Kaltstartbedingung eine niedrige Temperatur in der passiven Vorkammer die Verbrennungsstabilität der Vorkammer senken.
Andere Versuche, die Verbrennungsstabilität von Vorkammersystemen über eine Reihe von Betriebsbedingungen zu erhöhen, beinhalten Systeme zum direkten Einspritzen von sowohl Kraftstoff als auch Luft in die Vorkammer, die in dieser Schrift als ein aktives Vorkammersystem bezeichnet sind. Ein beispielhafter Ansatz wird von Riley et al. in der US-Patentschrift 8,925,518 B1 gezeigt. Darin wird ein aktives Vorkammersystem offenbart, das eine direkte Kraftstoffeinspritzung und eine direkte Sauerstoffeinspritzung in eine Vorkammer beinhaltet. Durch das direkte Einspritzen von Kraftstoff und Sauerstoff in die Vorkammer kann ein LKV der Vorkammer unabhängig von einem LKV des Zylinders befohlen werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme im Zusammenhang mit derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann in Systemen mit einer aktiven Vorkammer die Hinzufügung von Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtungen und Vorkammerlufteinspritzvorrichtungen Kosten und Komplexität des Systems erhöhen und kann es dadurch zu erheblichen Raumforderungsbeschränkungen kommen. Beispielsweise kann eine Größe von Einlass- und Auslassventilen, Kühlkanälen usw. reduziert werden, um zu ermöglichen, dass eine oder mehrere Einspritzvorrichtungen plus eine Zündkerze mit angemessener dielektrischer Isolierung innerhalb der Vorkammer untergebracht werden.
Kurzdarstellung
In einem Beispiel können die vorangehend beschriebenen Probleme durch ein System angegangen werden, das Folgendes umfasst: einen Vorkammerzünder, der an einen Zylinder eines Motors gekoppelt ist, wobei der Vorkammerzünder eine Kappe umfasst, die ein Innenvolumen des Vorkammerzünders von einem Innenvolumen des Zylinders trennt, wobei die Kappe zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt werden kann. Auf diese Weise kann die Kappe zwischen der ersten Position und der zweiten Position eingestellt werden, um das Innenvolumen der Vorkammer zu variieren, um über eine Reihe von Betriebsbedingungen dem Zylinder eine robuste Zündung bereitzustellen.
Als ein Beispiel kann das Innenvolumen des Vorkammerzünders kleiner sein, wenn sich die Kappe in der ersten Position befindet, die eine eingefahrene Position sein kann, und größer sein, wenn sich die Kappe in der zweiten Position befindet, die eine ausgefahrene Position sein kann. Beispielsweise kann die Kappe in der zweiten, ausgefahrenen Position im Vergleich zu der ersten, eingefahrenen Position weiter in Richtung eines Kolbens des Zylinders ausgefahren sein. Die Kappe kann ein mit einer Kappe versehenes zylindrisches Rohr umfassen, das eine oder mehrere Öffnungen (z. B. Durchbrüche) aufweist, die das Innenvolumen des Vorkammerzünders zum Beispiel fluidisch an das Innenvolumen des Zylinders koppeln. Der Vorkammerzünder kann einen Funkenspalt innerhalb des Innenvolumens des Vorkammerzünders zwischen einer Elektrodenspitze und einer Erdungselektrode beinhalten. In einem Beispiel kann die Erdungselektrode an die untere Innenfläche der Kappe gekoppelt sein und kann der Funkenspalt im Vergleich zu der zweiten Position kleiner sein, wenn sich die Kappe in der ersten Position befindet. Somit kann in derartigen Beispielen eine Länge des Funkenspalts auch variieren, da das Innenvolumen des Vorkammerzünders mit der Position der Kappe variiert. In einem weiteren Beispiel kann die Erdungselektrode an einen Körper des Vorkammerzünders gekoppelt sein, der einen oberen Abschnitt der Kappe umgibt, und kann sich die Erdungselektrode von dem Körper des Vorkammerzünders über einen Schlitz in der Kappe in das Innenvolumen des Vorkammerzünders erstrecken. In derartigen Beispielen kann der Funkenspalt nicht mit der Position der Kappe variieren, kann eine Entfernung zwischen der unteren Innenfläche der Kappe und der Erdungselektrode im Vergleich zu der zweiten Position jedoch kleiner sein, wenn sich die Kappe in der ersten Position befindet. Ein Aktor kann die Kappe als Reaktion auf Betriebsbedingungen zwischen der ersten Position und der zweiten Position einstellen. Beispielsweise kann der Aktor ein Solenoid, ein Elektromotor, ein pneumatischer Aktor, ein Vakuumaktor oder ein hydraulischer Aktor sein, der die Kappe direkt oder indirekt (z. B. über eine mechanische Verbindung oder einen Nocken) bewegt.
Durch Einstellen der Kappe in die erste Position kann eine Zünddrehzahl des Zylinders bei Bedingungen mit höherer Last und höherer Temperatur erhöht werden, da das kleinere Innenvolumen zu einem schnelleren Druckaufbau und höheren Geschwindigkeiten von Flammen- und Heil strahlen führt, die aus einer oder mehreren Öffnungen des Zylinders austreten. Somit kann der Zylinder mit einem Zündzeitpunkt betrieben werden, der näher an dem MBT-Zeitpunkt liegt, um die Leistung und Kraftstoffeffizienz zu erhöhen. Durch Einstellen der Kappe in die zweite Position kann die Verbrennungsstabilität innerhalb des Vorkammerzünders während Bedingungen mit niedriger Last und niedriger Temperatur erhöht werden, da das größere Innenvolumen ein Auftreten von Flammenkernerstickung innerhalb des Vorkammerzünders reduziert. Zusätzlich kann, wenn die Erdungselektrode direkt an die innere Bodenfläche der Kappe gekoppelt ist, der größere Funkenspalt, der bereitgestellt wird, wenn sich die Kappe in der zweiten Position befindet, einen größeren und schneller wachsenden Flammenkern erzeugen. Insgesamt wird eine robuste Vorkammerzündung über einen größeren Bereich von Betriebsbedingungen im Vergleich zu einer Vorkammer mit fester Geometrie bereitgestellt, wodurch der Motorwirkungsgrad erhöht wird, während Kosten und Größe des Vorkammerzünders im Vergleich zu einer aktiven Vorkammer geringer sind, die eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzvorrichtung innerhalb der Vorkammer beinhaltet. Somit können größere Einlass- und Auslassventile in dem Motor verwendet werden, was zu einer höheren Motorleistungskapazität führt.
Es versteht sich, dass die vorangehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die beliebige der vorangehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Zylinderkonfiguration in einem Motorsystem eines Fahrzeugs.
2A zeigt schematisch eine detaillierte Ansicht eines ersten Beispiels für ein Vorkammersystem mit variablem Volumen mit einer verstellbaren Vorkammerkappe in einer ersten Position.
2B zeigt schematisch eine detaillierte Ansicht des Vorkammerzünders mit variablem Volumen aus 2A mit der verstellbaren Vorkammerkappe in einer zweiten Position.
3A zeigt schematisch eine detaillierte Ansicht eines zweiten Beispiels für einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen mit einer verstellbaren Vorkammerkappe in einer ersten Position.
3B zeigt schematisch eine detaillierte Ansicht des Vorkammerzünders mit variablem Volumen aus 3A mit der verstellbaren Vorkammerkappe in einer zweiten Position.
4 zeigt eine Ansicht eines beispielhaften Verdrahtungsdiagramms für einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen, der eine verstellbare Kappe aufweist.
5 zeigt einen Graphen, der eine beispielhafte Beziehung zwischen einem Vorkammervolumen und einer Motorlast zum Optimieren der Zündfähigkeit und Zünddrehzahl darstellt.
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben einer Vorkammer mit variablem Volumen als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen.
7 zeigt eine voraussichtliche beispielhafte Zeitachse zum Einstellen einer Position einer verstellbaren Kappe einer Vorkammer mit variablem Volumen auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für einen Motor, der ein Vorkammerzündsystem aufweist. Der Motor kann eine Vielzahl von Zylindern aufweisen, wobei jeder eine Zylinderkonfiguration aufweist, die eine Vorkammer beinhaltet, wie in 1 gezeigt. Die Vorkammer kann ferner eine verstellbare Vorkammerkappe beinhalten, die in zumindest zwei Positionen eingestellt werden kann, um ein Volumen der Vorkammer und in einigen Beispielen eine Größe eines Funkenspalts innerhalb der Vorkammer zu variieren, wie in 2A-3B gezeigt. Eine Zündkerze der Vorkammer kann gemäl dem in 4 gezeigten Verdrahtungsdiagramm elektrisch an ein Zündsystem gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Volumen der Vorkammer variiert werden, um eine robuste Zündung über einen Bereich von Motorlasten bereitzustellen, wie in 5 gezeigt. Ferner kann eine Steuerung eine Position der verstellbaren Vorkammerkappe einstellen, um die Zündfähigkeit in der Vorkammer auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen (z. B. Motorlast und Motortemperatur) zu erhöhen, wie etwa gemäl dem Verfahren aus 6. Eine voraussichtliche beispielhafte Zeitachse, die das Einstellen der Position der verstellbaren Vorkammerkappe und somit des Volumens der Vorkammer auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen veranschaulicht, um die Zündfähigkeit zu erhöhen oder die Zylindereffizienz zu erhöhen, ist in 7 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf die Figuren zeigt 1 eine Teilansicht eines einzelnen Zylinders 130 einer Brennkraftmaschine 10, die in einem Fahrzeug 5 eingeschlossen sein kann. Die Brennkraftmaschine 10 kann ein Mehrzylindermotor sein. Der Zylinder (z. B. die Brennkammer) 130 beinhaltet eine Kühlmittelhülse 114 und Zylinderwände 132, wobei ein Kolben 136 darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 140 verbunden ist. Die Brennkammer 130 kommuniziert der Darstellung nach über ein Einlassventil 4 und eine Einlassöffnung 22 mit einem Ansaugkrümmer 44 und über ein Auslassventil 8 und eine Auslassöffnung 86 mit einem Abgaskrümmer 48. Eine Drossel 62, die eine Drosselklappe 64 beinhaltet, kann in einem Ansaugkanal stromaufwärts des Ansaugkrümmers 44 zum Variieren einer Strömungsrate und/oder eines Drucks von Ansaugluft bereitgestellt sein, die/der an den Motorzylindern bereitgestellt sind/ist.
In der dargestellten Ansicht befinden sich das Einlassventil 4 und das Auslassventil 8 in einem oberen Bereich der Brennkammer 130 und können an einen Zylinderkopf 18 gekoppelt sein. Das Einlassventil 4 und das Auslassventil 8 können durch eine Steuerung 12 unter Verwendung entsprechender Nockenbetätigungssysteme gesteuert werden, die einen oder mehrere Nocken beinhalten. Die Nockenbetätigungssysteme können eines oder mehrere von Systemen eines Motors mit variablem Hubraum (variable displacement engine - VDE), Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), variabler Nockensteuerzeit (variable cam timing - VCT), variabler Ventilsteuerzeit (variable valve timing - VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL) nutzen, um die Ventilbetätigung zu variieren. In dem dargestellten Beispiel wird das Einlassventil 4 durch einen Einlassnocken 151 gesteuert und wird das Auslassventil 8 durch einen Auslassnocken 153 gesteuert. Der Einlassnocken 151 kann über einen Einlassventilzeitsteueraktor 101 betätigt werden und der Auslassnocken 153 kann über einen Auslassventilzeitsteueraktor 103 betätigt werden, jeweils entsprechend dem Satz von Einlass- und Auslassventilsteuerzeiten. In einigen Beispielen können das Einlassventil und das Auslassventil jeweils über den Einlassventilzeitsteueraktor 101 und den Auslassventilzeitsteueraktor 103 deaktiviert werden. Die Position des Einlassnockens 151 und des Auslassnockens 153 kann jeweils durch die Nockenwellenpositionssensoren 155 und 157 bestimmt werden.
In einigen Beispielen können das Einlass- und/oder Auslassventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 130 alternativ ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung gesteuert wird, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, beinhalten. In noch weiteren Beispielen können das Einlass- und Auslassventil durch ein gemeinsames Ventilbetätigungselement oder ein gemeinsames Betätigungssystem oder ein Betätigungselement oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilsteuerzeit gesteuert werden. Die verschiedenen Ventilsteuersysteme können verwendet werden, um eine Zeitsteuerung, eine Öffnungsdauer und einen Hub des Einlassventils 4 und des Auslassventils 8 zu variieren.
Ein Abgaskanal 135 kann zusätzlich zu dem Zylinder 130 Abgase von anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Ein Abgassensor 128 ist der Darstellung nach stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskanal 135 gekoppelt. Der Abgassensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (LKV) des Abgases ausgewählt sein, wie zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (universal or wide-range exhaust gas oxygen - Breitbandsonde für Sauerstoff), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde, einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-Sensor, einem HC-Sensor oder einem CO-Sensor. Die Emissionssteuervorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen daraus sein.
Eine externe Abgasrückführung (AGR) kann dem Motor über ein Hochdruck-AGR-System 83 bereitgestellt werden, wodurch Abgas aus einer Zone mit höherem Druck in dem Abgaskanal 135 über einen AGR-Kanal 81 in eine Zone mit niedrigerem Druck in dem Ansaugkrümmer 44 stromabwärts der Drossel 62 abgegeben wird. Ein Umfang der AGR, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, kann durch die Steuerung 12 über ein AGR-Ventil 80 variiert werden. Die Steuerung 12 kann zum Beispiel konfiguriert sein, um eine Position des AGR-Ventils 80 zu betätigen und einzustellen, um die Abgasmenge, die durch den AGR-Kanal 81 strömt, einzustellen. Das AGR-Ventil 80 kann zwischen einer vollständig geschlossenen Position, in welcher der Abgasstrom durch den AGR-Kanal 81 blockiert wird, und einer vollständig offenen Position, in welcher der Abgasstrom durch den AGR-Kanal ermöglicht wird, eingestellt werden. Als ein Beispiel kann das AGR-Ventil 80 zwischen der vollständig geschlossenen Position und der vollständig offenen Position kontinuierlich variierbar sein. Somit kann die Steuerung einen Öffnungsgrad des AGR-Ventils 80 vergrößern, um einen Umfang der AGR, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, zu erhöhen, und den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 80 verkleinern, um den Umfang der AGR, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, zu verringern. Als ein Beispiel kann das AGR-Ventil 80 ein elektronisch betätigtes Magnetventil sein. In weiteren Beispielen kann das AGR-Ventil 80 durch einen integrierten Schrittmotor positioniert werden, der durch die Steuerung 12 betrieben werden kann, um die Position des AGR-Ventils 80 über einen Bereich von einzelnen Schritten (z. B. 52 Schritten) einzustellen, oder kann das AGR-Ventil 80 eine andere Art von Durchflussregelventil sein. Die AGR kann ferner gekühlt werden, indem sie durch einen AGR-Kühler 85 innerhalb des AGR-Kanals 81 geführt wird. Der AGR-Kühler 85 kann Wärme von den AGR-Gasen zum Beispiel an Motorkühlmittel abführen.
Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System verwendet werden, um eine Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Brennkammer zu regeln. Ferner kann AGR erwünscht sein, um eine gewünschte Motorverdünnung zu erzielen, wodurch die Kraftstoffeffizienz und die Emissionsqualität, wie etwa die Emission von Stickstoffoxiden, erhöht werden. Als ein Beispiel kann AGR bei niedrigen bis mittleren Motorlasten angefordert werden. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, den AGR-Massenstrom zu messen oder zu schätzen. AGR-Sensoren können innerhalb des AGR-Kanals 81 angeordnet sein und können zum Beispiel eine Angabe von einem oder mehreren von einem Massenstrom, einem Druck und einer Temperatur des Abgases bereitstellen. Des Weiteren kann die AGR wünschenswert sein, nachdem die Emissionssteuervorrichtung 178 ihre Anspringtemperatur erreicht hat. Eine angeforderte Menge an AGR kann auf Motorbetriebsbedingungen basieren, einschließlich Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. Die Steuerung 12 kann sich zum Beispiel auf eine Lookup-Tabelle mit Motordrehzahl und -last als Eingabe und einer erwünschten Menge an AGR, die der eingegebenen Motordrehzahl/-last entspricht, als Ausgabe beziehen. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung 12 die gewünschte Menge an AGR (z. B. die gewünschte AGR-Strömungsrate) durch Logikregeln bestimmen, die Parameter wie etwa Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. direkt berücksichtigen. In noch weiteren Beispielen kann sich die Steuerung 12 auf ein Modell stützen, das eine Änderung der Motorlast mit einer Änderung einer Verdünnungsanforderung korreliert und ferner die Änderung der Verdünnungsanforderung mit einer Änderung der angeforderten Menge an AGR korreliert. Wenn sich zum Beispiel die Motorlast von einer niedrigen Last auf eine mittlere Last erhöht, kann sich die angeforderte Menge an AGR erhöhen, und wenn sich die Motorlast dann von einer mittleren Last auf eine hohe Last erhöht, kann sich die angeforderte Menge an AGR verringern. Die Steuerung 12 kann ferner die angeforderte Menge an AGR unter Berücksichtigung einer besten Kraftstoffeffizienzverteilung für eine gewünschte Verdünnungsrate bestimmen. Nach dem Bestimmen der angeforderten Menge an AGR kann sich die Steuerung 12 auf eine Lookup-Tabelle beziehen, welche die angeforderte Menge an AGR als Eingabe und ein Signal, das einem Öffnungsgrad entspricht, der an dem AGR-Ventil angewendet (z. B. an den Schrittmotor oder eine andere Ventilbetätigungsvorrichtung gesendet) werden soll, als Ausgabe aufweist.
Der Zylinder 130 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, was ein Verhältnis von dem Volumen des Kolbens 136 am unteren Totpunkt zu dem am oberen Totpunkt ist. Üblicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis in einem Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, bei denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Dies kann zum Beispiel vorkommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann außerdem erhöht sein, wenn Direkteinspritzung verwendet wird, da sich diese auf das Motorklopfen auswirkt. Das Verdichtungsverhältnis kann außerdem erhöht sein, wenn die Vorkammerzündung den Klopfwiderstand aufgrund einer schnelleren Verbrennung erhöht.
Als ein nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet der Zylinder 130 der Darstellung nach eine Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung 66. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 ist der Darstellung nach direkt an die Brennkammer 130 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diese einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (direct injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 130 bereit. In einem weiteren Beispiel kann es sich bei der Einspritzvorrichtung 66 um eine Ansaugkanaleinspritzvorrichtung handeln, die Kraftstoff stromaufwärts des Zylinders 130 in die Ansaugöffnung bereitstellt. Während 1 zeigt, dass Kraftstoff über eine einzige Einspritzvorrichtung in den Zylinder eingespritzt wird, kann der Motor alternativ ferner betrieben werden, indem Kraftstoff über mehrere Einspritzvorrichtungen eingespritzt wird, wie etwa eine Direkteinspritzvorrichtung und eine Saugrohreinspritzvorrichtung. Beispielsweise können sowohl Saugrohr- als auch Direkteinspritzvorrichtungen in eine Konfiguration eingeschlossen sein, die als Saugrohrkraftstoff- und Direkteinspritzung (port fuel and direct injection - PFDI) bekannt ist. In einer derartigen Konfiguration kann die Steuerung 12 eine verhältnismäl ige Einspritzmenge von jeder Einspritzvorrichtung variieren.
Kraftstoff kann aus einem Hochdruckkraftstoffsystem 180, das einen oder mehrere Kraftstofftanks, eine oder mehrere Kraftstoffpumpen und einen Kraftstoffverteiler beinhaltet, der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 zugeführt werden. Alternativ kann Kraftstoff bei einem niedrigeren Druck von einer einstufigen Kraftstoffpumpe zugeführt werden. Ferner können die Kraftstofftanks, wenngleich dies nicht gezeigt ist, einen Druckwandler beinhalten, der ein Signal für die Steuerung 12 bereitstellt. Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 180 können Kraftstoff mit unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften enthalten, wie etwa mit unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Diese Unterschiede können unterschiedliche Alkoholgehalte, unterschiedliche Oktanzahlen, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon usw. einschliel en. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlichen Verdampfungswärmen schliel t Benzin als eine erste Kraftstoffart mit einer niedrigeren Verdampfungswärme und Ethanol als eine zweite Kraftstoffart mit einer größeren Verdampfungswärme ein. In einem weiteren Beispiel kann der Motor Benzin als eine erste Kraftstoffart und ein alkoholhaltiges Kraftstoffgemisch, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol und zu 15 % aus Benzin besteht) oder M85 (das ungefähr zu 85 % aus Methanol und zu 15 % aus Benzin besteht), als eine zweite Kraftstoffart verwenden. Andere mögliche Substanzen schliel en Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Ethanol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw. ein. Auf diese Weise werden Luft und Kraftstoff dem Zylinder 130 zugeführt, der ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugen kann.
Kraftstoff kann während eines einzigen Zyklus des Zylinders durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 dem Zylinder 130 zugeführt werden. Ferner kann die Verteilung und/oder die verhältnismäi ige Menge von Kraftstoff, die von der Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung 66 zugeführt wird, mit Betriebsbedingungen variieren. Ferner können bei einem einzigen Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstaktes, Ansaugtaktes oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon durchgeführt werden.
In dem in 1 gezeigten Beispiel beinhaltet der Zylinder 130 einen Vorkammerzünder 192, der zum Einleiten der Verbrennung an den Zylinderkopf 18 gekoppelt ist, wie in 2A-3B genauer gezeigt. Der Vorkammerzünder 192 beinhaltet eine Zündkerze, die einen Funkenspalt aufweist, und beinhaltet ferner eine verstellbare Vorkammerkappe und eine innere Vertiefung, die hierin als Vorkammer 188 bezeichnet wird. Ferner beinhalten die Wände des Vorkammerzünders 192, welche die Vorkammer 188 umschliel en, eine Vielzahl von Öffnungen. Jede Öffnung kann einen Durchbruch zwischen der Vorkammer 188 und dem Zylinder 130 bereitstellen, wodurch die Vorkammer 188 fluidisch an einen Innenraum des Zylinders 130 gekoppelt wird. Der Innenraum des Zylinders 130 kann hierin als eine Hauptbrennkammer bezeichnet werden. Somit können während einigen Bedingungen Gase zwischen der Vorkammer 188 und dem Innenraum des Zylinders 130 (z. B. der Hauptbrennkammer des Zylinders 130) strömen. Beispielsweise können Gase (z. B. Luft, Kraftstoff und/oder verbleibende Verbrennungsgase) durch jede Öffnung mit einer Richtung und Geschwindigkeit auf Grundlage eines Druckunterschieds an der Öffnung (z. B. zwischen der Vorkammer 188 und dem Innenraum des Zylinders 130) strömen. Ferner stellt jede Öffnung dem Zylinder 130 eine Zündflamme (oder einen Zündstrahl) bereit, wie in Bezug auf 2A-3B ausgeführt.
Bei ausgewählten Betriebsmodi kann ein Zündsystem 88 als Reaktion auf ein Frühzündungssignal SA (spark advance) von der Steuerung 12 einen Zündfunken in dem Vorkammerzünder 192 erzeugen. Eine Zeitsteuerung des Signals SA kann auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen und eines Fahrerdrehmomentbedarfs eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Zündung bei einem Zeitpunkt mit maximalem Bremsmoment (maximum brake torque - MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und den Wirkungsgrad des Motors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, die Motordrehzahl, Motorlast und das Abgas-LKV einschliel en, in eine Lookup-Tabelle eingeben, wodurch die entsprechende MBT-Zeitsteuerung für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgegeben werden kann. In weiteren Beispielen kann der Zündfunken von dem MBT verzögert werden, um ein Auftreten von Klopfen zu verhindern. In noch weiteren Beispielen kann der Zündfunken von dem MBT verzögert werden, um das Motordrehmoment zu reduzieren, wie etwa aufgrund einer Verringerung des vom Fahrer angeforderten Drehmoments oder eines Getriebegangschaltereignisses oder um eine Drehmomentreserve bereitzustellen. Wenn der Vorkammerzünder 192 betätigt wird, kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Vorkammer verbrennen, wobei der erhöhte Verbrennungsdruck Flammenstrahlen über die Vielzahl von Öffnungen in den Vorkammerwänden in den Zylinder 130 sendet. Die Vielzahl von Öffnungen kann derartig angeordnet sein, dass die Flammenstrahlen gleichmäl ig in dem Zylinder 130 verteilt sind. Die Flammenstrahlen können das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 130 entzünden, wodurch eine Verbrennung hervorgerufen wird.
Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch die Steuerung 12 und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 113 über ein Gaspedal 116 und einen Gaspedalpositionssensor 118 und über ein Bremspedal 117 und einen Bremspedalpositionssensor 119 gesteuert werden. Der Gaspedalpositionssensor 118 kann ein Pedalpositionssignal (pedal position - PP) an die Steuerung 12 senden, das einer Position des Gaspedals 116 entspricht, und der Bremspedalpositionssensor 119 kann ein Bremspedalpositionssignal (brake pedal position - BPP) an die Steuerung 12 senden, das einer Position des Bremspedals 117 entspricht. Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als Festwertspeicher 106 gezeigt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus beinhaltet. Der Festwertspeicher 106 des Speichermediums kann mit computerlesbare Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die durch den Mikroprozessor 102 ausgeführt werden können, um die in dieser Schrift beschriebenen Verfahren und Routinen sowie andere Varianten durchzuführen, die vorweggenommen, jedoch nicht ausdrücklich aufgeführt werden.
Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den vorangehend erörterten Signalen verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, die Folgendes beinhalten: eine Messung des eingespeisten Luftmassenstroms (mass air flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor 46, ein Motorkühlmitteltemperatursignal (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist, ein Signal-UEGO von einem Abgassensor 128, der durch die Steuerung 12 verwendet werden kann, um das LKV des Abgases zu bestimmen, ein Abgastemperatursignal (exhaust gas temperature signal - EGT) von einem Temperatursensor 158, der an den Abgaskanal 135 gekoppelt ist, ein Profilzündungsaufnahmesignal (profile ignition pickup signal - PIP-Signal) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist, eine Drosselposition (throttle position - TP) von einem Drosselpositionssensor, der an die Drossel 62 gekoppelt ist, und ein Absolutkrümmerdrucksignal (absolute manifold pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 122, der an den Ansaugkrümmer 44 gekoppelt ist. Ein Motordrehzahlsignal RPM kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen.
Auf Grundlage von Eingaben von einem oder mehreren der vorangehend genannten Sensoren kann die Steuerung 12 ein oder mehrere Aktoren anpassen, wie etwa die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66, die Drossel 62, der Vorkammerzünder 192, das Einlass-/Auslassventile und -nocken usw. Die Steuerung kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage von Anweisungen oder eines Codes auslösen, die/der darin programmiert sind/ist und einem oder mehreren Programmen entsprechen/entspricht, wofür ein Beispiel unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ist.
In einigen Beispielen kann es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen handeln, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 160 zur Verfügung stehen. In weiteren Beispielen handelt es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein herkömmliches Fahrzeug mit nur einem Motor. In dem in 1 gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug den Motor 10 und eine elektrische Maschine 161. Bei der elektrischen Maschine 161 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motorgenerator handeln und diese kann somit hierin auch als elektrischer Motor bezeichnet werden. Die elektrische Maschine 161 nimmt elektrische Leistung aus einer Traktionsbatterie 170 auf, um Fahrzeugrädern 160 ein Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 161 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 170 bereitzustellen.
Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 161 sind über ein Getriebe 167 mit den Fahrzeugrädern 160 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 166 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 166 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 161 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 166 zwischen der elektrischen Maschine 161 und dem Getriebe 167 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 166 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit/von der elektrischen Maschine 161 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 161 mit/von dem Getriebe 167 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 167 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetengetriebe oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen konfiguriert sein, die als ein Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug beinhalten.
Wie vorangehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Somit kann jeder Zylinder gleichermal en einen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, (eine) Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), einen Zünder usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern beinhalten kann, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylindern. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 130 beschrieben und abgebildet sind.
Als Nächstes zeigen 2A und 2B symmetrische Querschnittansichten eines ersten Vorkammerzünders 200 mit variablem Volumen, bei dem es sich um ein Beispiel für den Vorkammerzünder 192 handeln kann, der in 1 eingeführt wurde. Somit sind Komponenten, die vorangehend in 1 eingeführt wurden, in 2A und 2B in gleicher Weise nummeriert und werden nicht erneut eingeführt. Ferner sind 2A und 2B bis auf die Position einer verstellbaren Vorkammerkappe 234 im Wesentlichen identisch und werden zusammen beschrieben. Insbesondere zeigt 2A einen Vorkammerzünder 200 mit variablem Volumen mit einer verstellbaren Vorkammerkappe 234 in einer ersten Position 205, in der ein Volumen der Vorkammer 188 kleiner ist, und zeigt 2B den Vorkammerzünder 192 mit der verstellbaren Vorkammerkappe 234 in einer zweiten Position 215, in der das Volumen der Vorkammer 188 größer ist.
Wie in 2A und 2B gezeigt und vorangehend in Bezug auf 1 ausgeführt, beinhaltet der Zylinder 130 einen Zylinderkopf 18 Ferner beinhaltet der Vorkammerzünder 200 mit variablem Volumen einen Vorkammerkörper 202, der ein im Wesentlichen zylindrisches Rohr mit einer Mittelachse 299 bilden kann. Insbesondere kann der Vorkammerkörper 202 eine Außenfläche 230 und eine Innenfläche 231 beinhalten und können zumindest Abschnitte der Aul enfläche 230 an den Zylinderkopf 18 gekoppelt sein. Als ein Beispiel kann die Außenfläche 230 in den Zylinderkopf 18 eingeschraubt sein. Zusammen können der Vorkammerkörper 202 und die verstellbare Vorkammerkappe 234 Wände bereitstellen, welche die Vorkammer 188 von der Hauptbrennkammer 130 trennen (z. B. separieren). Die Mittelachse 299 kann zum Beispiel senkrecht zu einer Fläche des Kolbens 136 (von dem in 2A und 2B nur ein Abschnitt gezeigt ist) und parallel zu den Zylinderwänden 132 verlaufen, die in 1 gezeigt ist. Ferner kann ein Abschnitt der Außenfläche 230 des Vorkammerkörpers 202 in der Hauptbrennkammer 130 angeordnet sein und kann dieser direkt oder indirekt an eine elektrische Erdung gekoppelt sein. In alternativen Ausführungsformen ist der Vorkammerkörper 202 unter Umständen kein im Wesentlichen zylindrisches Rohr. Beispielsweise kann er oval, nierenförmig oder rechteckig sein.
Die verstellbare Vorkammerkappe 234 kann ein im Wesentlichen zylindrisches, mit einer Kappe versehenes Rohr sein, das eine durchgehende Wand, die parallel zu der Mittelachse 299 ist, und eine scheibenartige Basis aufweist, welche die Wand abdeckt und die im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse 299 ist. Ein Abschnitt der verstellbaren Vorkammerkappe 234 ist innerhalb des Vorkammerkörpers 202 positioniert und von diesem umgeben. In dem gezeigten Beispiel ist ein oberer Abschnitt der Wand der verstellbaren Vorkammerkappe 234 von dem Vorkammerkörper 202 umgeben, wobei eine Außenfläche der verstellbaren Vorkammerkappe 234 einen kleineren Durchmesser als die Innenfläche 231 des Vorkammerkörpers 202 aufweist. Die scheibenartige Basis der verstellbaren Vorkammerkappe 234 beinhaltet eine untere Innenfläche 236 und eine untere Außenfläche 237. Die untere Außenfläche 237 ist die dem Kolben 136 am nächsten gelegene Fläche der verstellbaren Vorkammerkappe 234. Eine Entfernung zwischen einer oberen Fläche des Kolbens 136 und der unteren Außenfläche 237 ist größer, wenn sich die verstellbare Vorkammerkappe 234 in der ersten (eingefahrenen) Position 205 aus 2A befindet, und kleiner, wenn sich die verstellbare Vorkammerkappe 234 in der zweiten (ausgefahrenen) Position 215 aus 2B befindet. Somit wird die verstellbare Vorkammerkappe 234 in der ersten Position 205 von dem Kolben 136 (und in Richtung des Zylinderkopfs 18) eingefahren und in der zweiten Position 215 in Richtung des Kolbens 136 (und von dem Zylinderkopf 18 weg) ausgefahren.
Die verstellbare Vorkammerkappe 234 kann unter Umständen über einen Aktor 225 zwischen der ersten Position 205 (2A) und der zweiten Position 215 (2B) linear entlang der Mittelachse 299 bewegt werden. Beispielsweise kann der Aktor 255 die Position der verstellbaren Vorkammerkappe 234 in eine Richtung einstellen, die parallel zu der Mittelachse 299 ist. Der Aktor 225 kann zum Beispiel in oder über dem Vorkammerkörper 202 positioniert sein und kann ein Solenoid, ein Elektromotor, ein pneumatischer Aktor, ein Vakuumaktor, ein hydraulischer Aktor oder dergleichen sein. Der Aktor 225 kann direkt an die verstellbare Vorkammerkappe 234 gekoppelt sein und kann dadurch direkt auf die verstellbare Vorkammerkappe 234 wirken oder kann indirekt durch eine Verbindung, einen Nocken usw. an die verstellbare Vorkammerkappe gekoppelt sein. In dem gezeigten Beispiel ist die verstellbare Vorkammerkappe 234 über eine mechanische Verbindung 227 an den Aktor 225 gekoppelt und somit kann die Bewegung des Aktors 225 über die mechanische Verbindung 227 auf die verstellbare Vorkammerkappe 234 übertragen werden. Der Aktor 225 kann die verstellbare Vorkammerkappe 234 zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen Positionen einstellen, einschließlich der ersten Position 205 und der zweiten Position 215. In einigen Beispielen kann der Aktor 225 die Position der verstellbaren Vorkammerkappe 234 zwischen der ersten Position 205 und der zweiten Position 215 kontinuierlich variieren. Der Aktor 225 kann die verstellbare Vorkammerkappe 234 vertikal in der in 2A und 2B gezeigten Ausrichtung bewegen. In alternativen Ausführungsformen kann die verstellbare Vorkammerkappe 234 unter Umständen auf nicht lineare Weise bewegt werden. Beispielsweise kann die verstellbare Vorkammerkappe 234 zwischen zwei oder mehr Positionen schwenken oder sich drehen.
Der Vorkammerzünder 200 mit variablem Volumen beinhaltet ferner eine Elektrode 204, die in einer Isolierung 206 eingeschlossen ist. Die Elektrode 204 kann eine zylindrische Elektrode sein, die so positioniert ist, dass sie koaxial zu der Mittelachse 299 verläuft, und die Isolierung 206 kann ein Hohlzylinder sein, der koaxial zu der Achse 299 verläuft. Ferner kann ein Innenradius der Isolierung 206 ungefähr gleich einem Außenradius der Elektrode 204 sein, sodass eine Innenfläche der Isolierung 206 in direktem Kontakt zu einer Aul enfläche der Elektrode 204 steht. Ein Aul enradius der Isolierung 206 kann kleiner als ein Innenradius der verstellbaren Vorkammerkappe 234 sein, was zu einem radialen Spalt zwischen der Isolierung 206 und der verstellbaren Vorkammerkappe 234 führt. Der Radialspalt zwischen dem Vorkammerkörper 202 und der Isolierung 206 kann zumindest teilweise eine hohle ringförmige Vertiefung definieren, welche die Vorkammer 188 bildet. Somit umfasst die Vorkammer 188 ein Innenvolumen des Vorkammerzünders 200 mit variablem Volumen. Eine Elektrodenspitze 208 ist der Darstellung nach an einem distalen Ende der Elektrode 204 (z. B. weg von einem Anbringungspunkt an dem Zylinderkopf 18) an die Elektrode 204 gekoppelt und ist in der Vorkammer 188 entlang der Achse 299 positioniert. Beispielsweise kann die Elektrode 204 vollständig innerhalb der Vorkammer 188 positioniert sein.
Wie in 2A und 2B gezeigt, beinhaltet der Vorkammerzünder 200 mit variablem Volumen ferner eine Erdungselektrode 210, die direkt an die Innenfläche 231 des Vorkammerkörpers 202 gekoppelt ist. Somit ist die Erdungselektrode 210 über einen Vorkammerkörper 202 indirekt an eine elektrische Erdung gekoppelt. Ferner erstreckt sich die Erdungselektrode 210 in dem gezeigten Beispiel in die Vorkammer 188 und überlappt eine horizontale Position der Elektrodenspitze 208. Ein vertikaler Spalt zwischen der Erdungselektrode 210 und der Elektrodenspitze 208 bildet einen Funkenspalt 240, der vollständig innerhalb der Vorkammer 188 positioniert ist. In dem gezeigten Beispiel erstreckt sich die Erdungselektrode 210 über einen Schlitz 238 in der verstellbaren Vorkammerkappe 234 in die Vorkammer 188. Der Schlitz 238 kann bemessen sein, um es der verstellbaren Vorkammerkappe 234 zu ermöglichen, sich zum Beispiel zwischen der ersten Position 205 und der zweiten Position 215 zu bewegen. Ferner kann der Schlitz 238 über den Vorkammerkörper 202 gegenüber dem Zylinder 130 abgedichtet sein. Somit kann die Vorkammer 188 nicht über den Schlitz 238 fluidisch an den Zylinder 130 gekoppelt werden.
Wie vorangehend angemerkt, ist das Volumen der Vorkammer 188 kleiner, wenn sich die verstellbare Vorkammerkappe 234 in der ersten Position 205 befindet, und ist dieses größer, wenn sich die verstellbare Vorkammerkappe 234 in der zweiten Position 215 befindet. Beispielsweise kann das Volumen der Vorkammer 188 das kleinste sein, wenn sich die verstellbare Vorkammerkappe 234 in der ersten Position 205 befindet, die eine vollständig eingefahrene Position der verstellbaren Vorkammerkappe 234 sein kann, und das größte sein, wenn sich die verstellbare Vorkammerkappe 234 in der zweiten Position 215 befindet, die eine vollständig ausgefahrene Position der verstellbaren Vorkammerkappe 234 sein kann. Somit ist eine Entfernung 244 zwischen der unteren Innenfläche 236 der verstellbaren Vorkammerkappe 234 und der Erdungselektrode 210 (z. B. an einer Position entlang der Mittelachse 299) in der ersten Position 205 (2A) kleiner (z. B. am kleinsten) und in der zweiten Position 215 (2B) größer (z. B. am größten).
Ferner beinhaltet die verstellbare Vorkammerkappe 234 eine Vielzahl von Öffnungen 242 in der Nähe der scheibenförmigen Basis (z. B. in der Nähe der unteren Innenfläche 236). Jede Öffnung 242 kann einen Durchbruch zwischen der Vorkammer 188 und dem Zylinder 130 bereitstellen, wodurch das Innenvolumen des Vorkammerzünders 200 mit variablem Volumen fluidisch an das Innenvolumen des Zylinders 130 gekoppelt wird. Somit kann ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Zylinder 130 (z. B. aufgrund einer Druckdifferenz über die Öffnungen 242) über Öffnungen 242 hinweg passiv in die Vorkammer 188 diffundieren, wo es über einen Funken an dem Funkenspalt 240 entzündet werden kann. Der Heil gas-/Flammenstrahl kann dann aus der Vorkammer 188 über die Öffnungen 242 zu dem Zylinder 130 strömen. Insbesondere kann das kleinere Volumen der Vorkammer 188, das erreicht wird, wenn sich die verstellbare Vorkammerkappe 234 in der ersten Position 205 befindet (siehe 2A), zu einem schnelleren Druckaufbau im Inneren der Vorkammer 188 und zum Austreten stärkerer Strahlen aus den Öffnungen 242 im Vergleich zu der zweiten Position 215 (siehe 2B) führen. Somit kann die erste Position 205 eine robustere Zündung für die Verbrennung in dem Zylinder 130 bereitstellen, was zu einer erhöhten Zylinderleistung und -effizienz führen kann. Jedoch kann das kleinere Volumen der Vorkammer 188 in der ersten Position 205 die Flamme bei leichten Lasten und/oder während eines Kaltstarts ersticken. Daher kann das größere Volumen der Vorkammer 188, das erreicht wird, wenn sich die verstellbare Vorkammerkappe 234 in der zweiten Position 215 befindet, eine erhöhte Verbrennungsstabilität in der Vorkammer und somit eine zuverlässigere Zündung für die Verbrennung in dem Zylinder 130 bei leichter Last und/oder Kaltstartbedingungen bereitstellen.
Als Nächstes zeigen 3A und 3B detaillierte Querschnittansichten eines zweiten Vorkammerzünders 300 mit variablem Volumen, bei dem es sich um ein Beispiel für den Vorkammerzünder 192 handeln kann, der in 1 eingeführt wurde. Komponenten, die vorangehend in 1-2B eingeführt wurden, sind in 3A und 3B in gleicher Weise nummeriert und werden nicht erneut eingeführt. Beispielsweise ist der zweite Vorkammerzünder 300 mit variablem Volumen dem ersten Vorkammerzünder 200 mit variablem Volumen aus 2A und 2B ähnlich, mit Ausnahme der nachfolgend beschriebenen Unterschiede.
Ähnlich der verstellbaren Vorkammerkappe 234 aus 2A und 2B ist eine verstellbare Vorkammerkappe 334 des zweiten Vorkammerzünders 300 mit variablem Volumen über den Aktor 225 zwischen einer ersten Position 305 (siehe 3A) und einer zweiten Position 315 (siehe 3B) verstellbar. Das Volumen der Vorkammer 188 ist kleiner (z. B. am kleinsten), wenn sich die verstellbare Vorkammerkappe 334 in der ersten Position 305 befindet, und größer (z. B. am größten), wenn sich die verstellbare Vorkammerkappe 334 in der zweiten Position 315 befindet, wie vorangehend in Bezug auf 2A und 2B ausgeführt. Beispielsweise kann die erste Position 305 eine vollständig eingefahrene Position der verstellbaren Vorkammerkappe 334 sein, während die zweite Position 315 eine vollständig ausgefahrene Position der verstellbaren Vorkammerkappe 334 sein kann. Wie vorangehend in Bezug auf die verstellbare Vorkammerkappe 234 aus 2A und 2B beschrieben, kann die verstellbare Vorkammerkappe 334 zumindest in einigen Beispielen zwischen einer Vielzahl von Positionen zwischen der ersten Position 305 und der zweiten Position 315 verstellbar sein. Ferner kann die erste Position 305 die gleiche sein wie die erste Position 205 aus 2A und kann die zweite Position 315 die gleiche sein wie die zweite Position 215 aus 2B, zumindest in einigen Beispielen.
Der zweite Vorkammerzünder 300 mit variablem Volumen beinhaltet eine Erdungselektrode 210, die direkt an eine scheibenartige Basis der verstellbaren Vorkammerkappe 334 gekoppelt ist, die entlang der Mittelachse 299 mit der Elektrode 204 ausgerichtet ist. Wie gezeigt, ist die Erdungselektrode 210 direkt an die untere Innenfläche 236 der verstellbaren Vorkammerkappe 334 gekoppelt. Somit beinhaltet die verstellbare Vorkammerkappe 334 aul erdem keinen Schlitz 238, der in der verstellbaren Vorkammerkappe 234 aus 2A und 2B vorhanden ist. Da die Erdungselektrode 210 direkt an die untere Innenfläche 236 der verstellbaren Vorkammerkappe 334 gekoppelt ist, variiert eine Entfernung 346 zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Erdungselektrode 210 ebenfalls, wenn die verstellbare Vorkammerkappe 334 zwischen der ersten Position 305 und der zweiten Position 315 eingestellt wird. Demnach ist die Entfernung 346, die eine Länge des Funkenspalts 240 in dem zweiten Vorkammerzünder 300 mit variablem Volumen umfasst, in der ersten Position 305 (siehe 3A) kleiner (z. B. am kleinsten) und in der zweiten Position 310 (siehe 3B) größer (z. B. am größten). Der größere Funkenspalt 240 in der zweiten Position 315 (siehe 3B) kann die Zündfähigkeit bei leichten Lasten erhöhen, wobei es sich aul erdem um einen Zeitpunkt handelt, zu dem für eine größere Verbrennungsstabilität ein größeres Vorkammervolumen erwünscht ist, wie vorangehend in Bezug auf 2B beschrieben.
2A-3B zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls sie als einander direkt berührend oder direkt aneinandergekoppelt gezeigt sind, können derartige Elemente in zumindest einem Beispiel jeweils als einander direkt berührend oder direkt aneinandergekoppelt bezeichnet werden. Gleichermal en können Elemente, die zusammenhängend oder benachbart zueinander gezeigt sind, zumindest in einem Beispiel jeweils zusammenhängen oder benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in einem flächenteilenden Kontakt zueinander liegen als in flächenteilendem Kontakt 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 zumindest einem Beispiel derart bezeichnet werden. In noch einem weiteren Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander dargestellt sind, bezogen aufeinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in zumindest einem Beispiel als „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im hierin verwendeten Sinne kann sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und verwendet werden, um die Positionierung von Elementen der Figuren in Relation zueinander zu beschreiben. Somit 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 zumindest einem Beispiel als einander schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Noch ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements gezeigt ist oder aul erhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel derart bezeichnet werden.
Als Nächstes zeigt 4 schematisch ein beispielhaftes Verdrahtungsdiagramm 400 für einen Vorkammerzünder, wie etwa den Vorkammerzünder 192 aus 1. Insbesondere kann der Vorkammerzünder 192 der erste Vorkammerzünder 200 mit variablem Volumen aus 2A und 2B oder der zweite Vorkammerzünder 300 mit variablem Volumen aus 3A und 3B sein. Somit sind Komponenten aus 4, welche die gleiche Funktion aufweisen wie Komponenten, die in 1-3B eingeführt wurden, gleich nummeriert und werden nicht erneut eingeführt.
Der Vorkammerzünder 192 wird durch das Zündsystem 88 angetrieben, das eine oder mehrere Zündspulen beinhalten kann. Insbesondere ist das Zündsystem 88 an die Elektrode 204 des Vorkammerzünders 192 gekoppelt. Ferner ist die Elektrode 204 direkt an die Elektrodenspitze 208 gekoppelt und ist die Elektrodenspitze 208 über einen Funkenspalt 240 an die Erdungselektrode 210 gekoppelt. Die Erdungselektrode 210 ist an eine elektrische Erdung 402 gekoppelt. Beispielsweise kann die Erdungselektrodenspitze 218 an den Vorkammerkörper 202 (siehe 2A und 2B) oder an die verstellbare Vorkammerkappe 334 (siehe 3A und 3B) gekoppelt sein, die elektrisch geerdet sein können. Somit ist die Elektrode 204 nur dann elektrisch an die elektrische Erdung 402 gekoppelt, wenn ein Spannungsunterschied zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Erdungselektrode 210 größer als ein Schwellenspannungsunterschied ist, der ausreicht, um den Funkenspalt 240 zu überqueren.
Als ein Beispiel kann, wenn der Raum zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Erdungselektrode 210 (z. B. der erste Funkenspalt 240) durch ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer (z. B. der Vorkammer 188 aus 1-3B) eingenommen wird, der Schwellenspannungsunterschied eine Durchbruchsspannung des Luft-Kraftstoff-Gemisches sein. Eine Durchbruchsspannung eines Materials kann als die angelegte Spannung definiert sein, bei der das Material elektrisch leitfähig wird und als eine Leitung für Strom fungiert. Die Durchbruchsspannung kann in Abhängigkeit von einem Druck, von einer Entfernung zwischen Anschlüssen und von physischen Eigenschaften des Materials variieren. Somit kann die Durchbruchsspannung des Luft-Kraftstoff-Gemisches die Spannung sein, bei der das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer elektrisch leitfähig wird und als eine Leitung für elektrischen Strom fungiert, der zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Erdungselektrode 210 strömt. Wenn der Spannungsunterschied zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Erdungselektrode 210 den Schwellenspannungsunterschied überschreitet (z. B., wenn der Spannungsunterschied zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Erdungselektrode 210 die Durchbruchsspannung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Funkenspalt 240 überschreitet), kann ein Strom über den Funkenspalt 240 strömen, wodurch ein Funken erzeugt wird. Somit kann in einigen Beispielen, wenn die Vorkammer 188 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch enthält, während ein Spannungsunterschied, der größer als der Schwellenspannungsunterschied ist, an den Funkenspalt 240 angelegt wird, der Funken an dem Funkenspalt 240 das Vorkammer-Luft-Kraftstoff-Gemisch entzünden.
Auf diese Weise ist der Vorkammerzünder 192 über eine direkte Verbindung zwischen dem Zündsystem 88 und der Elektrode 204 an das Zündsystem 88 gekoppelt, während der Vorkammerzünder 192 über eine Verbindung zwischen der Erdungselektrode 210 und der elektrischen Erdung 402 mit der Erde verbunden ist. Wenn die Erdungselektrode 210 mit der elektrischen Erdung 402 verbunden ist und das Zündsystem 88 der Elektrode 204 einen Strom bereitstellt (z. B., wenn der Vorkammerzünder 192 betätigt wird), kann der Spannungsunterschied zwischen der Elektrode 204 und der Erdungselektrode 210 den Schwellenspannungsunterschied (z. B. die Durchbruchsspannung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Funkenspalt 240) überschreiten, und somit kann Strom von der Elektrode 204 über den Funkenspalt 240 zu der Erdungselektrode 210 fliel en, wodurch ein Funken in der Vorkammer erzeugt wird, der eine Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer erzeugt. Zündflammen- und Heil luftstrahlen aus der Verbrennung in der Vorkammer können aus der Vorkammer strömen (z. B. über die in 2A-3B gezeigten Öffnungen 242), um die Verbrennung in einer Hauptbrennkammer (z. B. dem in 1-3B gezeigten Zylinder 130) einzuleiten.
Unter Bezugnahme auf 5 zeigt ein Graph 500 einen Verlauf 502 einer beispielhaften Beziehung zwischen dem Vorkammervolumen und der Motorlast. Beispielsweise kann die in Verlauf 502 gezeigte Beziehung ein optimales Vorkammervolumen bei der gegebenen Motorlast darstellen und kann bestimmt werden, indem die Zündfähigkeit in der Vorkammer gegenüber der Zünddrehzahl einer Hauptbrennkammer abgewogen wird. Der Motor kann der Motor 10 aus 1 sein, der zum Beispiel den Zylinder 130 und den Vorkammerzünder 192 beinhaltet. Die horizontale Achse stellt die Motorlast dar, wobei die Motorlast entlang der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt, und die vertikale Achse stellt das Vorkammervolumen dar, wobei das Vorkammervolumen entlang der vertikalen Achse zunimmt. Es ist zu beachten, dass die Form des Verlauf 502 ein Beispiel für eine Beziehung zwischen dem Vorkammervolumen und der Motorlast ist und andere Formen ebenfalls möglich sind. Beispielsweise kann der Verlauf 502 linear, gestuft oder eine andere Art von Kurve sein.
Wie durch Verlauf 502 gezeigt, nimmt das Volumen der Vorkammer im Allgemeinen mit fallender Motorlast zu, um eine robuste Zündfähigkeit in der Vorkammer aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann während Bedingungen mit hoher Last ein kleineres Vorkammervolumen verwendet werden, sodass sich der Druck in der Vorkammer schneller aufbaut. Des Weiteren können Flammenstrahlen und Strahlen heil er Verbrennungsgase (z. B. Zündstrahlen) mit einer höheren Geschwindigkeit aus der Vorkammer mit kleinerem Volumen austreten, wodurch der Hauptbrennkammer eine robustere Zündung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann eine verstellbare Vorkammerkappe in einer ersten Position (bei der es sich zum Beispiel um die erste Position 205 aus 2A oder die erste Position 305 aus 3A handeln kann) gehalten werden, die dem kleineren Vorkammervolumen während Bedingungen mit höherer Last entspricht. Im Gegensatz dazu kann die Flammenkernerstickung bei Bedingungen mit niedriger Last durch Betreiben mit einem größeren Vorkammervolumen reduziert werden. Beispielsweise kann die verstellbare Vorkammerkappe in einer zweiten Position (bei der es sich zum Beispiel um die zweite Position 215 aus 2B oder die zweite Position 315 aus 3B handeln kann) gehalten werden, die dem gröl eren Vorkammervolumen während Bedingungen mit niedrigerer Last entspricht.
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Betreiben eines Vorkammerzünders mit variablem Volumen, um einem Zylinder eine Zündung bereitzustellen. Beispielsweise kann das Betreiben des Vorkammerzünders mit variablem Volumen Einstellen einer Position einer verstellbaren Vorkammerkappe auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen beinhalten. Wie in 1-3B veranschaulicht, kann sich der Vorkammerzünder mit variablem Volumen in einem Totraum des Zylinders befinden und kann einen Funkenspalt innerhalb einer Vorkammer beinhalten. Die Vorkammerzünder mit variablem Volumen kann der erste Vorkammerzünder 200 mit variablem Volumen aus 2A und 2B oder der zweite Vorkammerzünder 300 mit variablem Volumen aus 3A und 3B sein, wenngleich das Verfahren 600 in anderen Systemen angewendet werden kann, die einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen beinhalten. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 600 können durch eine Steuerung, wie etwa die Steuerung 12 aus 1, auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäl den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen. Das Verfahren 600 wird in Bezug auf ein einziges Paar aus einem Zylinder und einer Vorkammer mit variablem Volumen beschrieben, wenngleich das Verfahren 600 gleichzeitig für eine Vielzahl von Zylindern in einem Mehrzylindermotor durchgeführt werden kann.
Bei 602 beinhaltet das Verfahren 600 Schätzen und/oder Messen von Betriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen können zum Beispiel eine Motordrehzahl, eine Motorlast, eine Zylinder-LKV, eine Abgas-LKV, eine Motortemperatur, eine Gaspedalposition, eine Bremspedalposition und eine Abgastemperatur einschliel en. Die Betriebsbedingungen können durch einen oder mehrere Sensoren gemessen werden, die kommunikativ an die Steuerung gekoppelt sind, oder können auf Grundlage verfügbarer Daten abgeleitet werden. Beispielsweise kann die Steuerung die Motorlast durch Eingeben einer Drosselposition und eines Messwertes eines Luftmassenstromsensors (mass air flow sensor - MAF-Sensors) in ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Kennfelder oder Funktionen schätzen, welche die Motorlast ausgeben können. Als ein weiteres Beispiel kann die Motortemperatur durch einen Motorkühlmitteltemperatursensor gemessen werden, wie etwa den ECT-Sensor 112 aus 1. Als noch ein weiteres Beispiel kann die Gaspedalposition durch einen Gaspedalpositionssensor gemessen werden, wie etwa den Gaspedalpositionssensor 118 aus 1 und kann die Bremspedalposition durch einen Bremspedalpositionssensor gemessen werden, wie etwa den Bremspedalpositionssensor 119 aus 1. Zusammen können die Gaspedalposition und die Bremspedalposition eine befohlene Menge an Motordrehmoment angeben.
Bei 604 beinhaltet das Verfahren 600 Einstellen eines Volumens einer Vorkammer des Vorkammerzünders mit variablem Volumen auf Grundlage der Betriebsbedingungen (z. B. der bei 602 geschätzten/gemessenen Betriebsbedingungen). Insbesondere kann, wenn die Motorlast unter einer Schwellenmotorlast liegt und/oder die Motortemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt, eine Vorkammer mit kleinerem Volumen einen Flammenkern in der Vorkammer ersticken, bevor die Verbrennung eingeleitet wird. Daher kann die Steuerung das Volumen der Vorkammer auf Grundlage der Motorlast und der Motortemperatur einstellen. Das Einstellen des Volumens der Vorkammer auf Grundlage der Betriebsbedingungen beinhaltet Erhöhen des Vorkammervolumens, wenn die Motorlast zunimmt, wie bei 606 angegeben, und Erhöhen des Vorkammervolumens, wenn die Motortemperatur abnimmt, wie bei 608 angegeben.
In einem Beispiel kann die Steuerung die Motorlast mit der Schwellenlast vergleichen und kann die Steuerung als Reaktion darauf, dass die Motorlast unter der Schwellenlast liegt, das Vorkammervolumen erhöhen. Die Schwellenlast kann ein vorbestimmter Wert sein, der auf dem Speicher gespeichert ist, und kann Betriebsbedingungen mit niedriger Last von Betriebsbedingungen mit mittlerer und hoher Last unterscheiden. Um das Vorkammervolumen zu erhöhen, kann die Steuerung die Vorkammerkappe zum Beispiel auf eine ausgefahrene Position einstellen. In der ausgefahrenen Position (z. B. der zweiten Position 215 aus 2B oder der zweiten Position 315 aus 3B) wird die Vorkammerkappe bezogen auf einen Körper der Vorkammer herausgedrückt, der an den Zylinder gekoppelt ist und sich weiter in die Hauptbrennkammer des Zylinders erstreckt, wodurch das Volumen innerhalb der Vorkammer erhöht wird. In einigen Beispielen kann die Vorkammerkappe als Reaktion darauf, dass die Motorlast unter der Schwellenlast liegt, auf eine vollständig ausgefahrene Position eingestellt werden, in der das Vorkammervolumen bei einem maximalen Volumen liegt. In weiteren Beispielen kann die Vorkammerkappe bis zu einem weiteren Grad ausgefahren werden, wenn die Motorlast weiter unter die Schwellenlast sinkt, bis die vollständig ausgefahrene Position mit maximalem Volumen erreicht ist. Die Vorkammerkappe kann über einen Aktor (z. B. den Aktor 225 aus 2A-3B) eingestellt werden.
Umgekehrt kann die Steuerung als Reaktion darauf, dass die Motorlast über der Schwellenlast liegt oder gleich dieser ist, das Vorkammervolumen verringern. Um das Vorkammervolumen zu verringern, kann die Steuerung die Vorkammerkappe zum Beispiel auf eine eingefahrene Position einstellen. In der eingefahrenen Position (z. B. der ersten Position 205 aus 2A oder der ersten Position 305 aus 3A) wird die Vorkammerkappe in Richtung des Körpers der Vorkammer gezogen, der sich in einem geringeren Ausmal in die Hauptbrennkammer des Zylinders erstreckt, wodurch das Volumen innerhalb der Vorkammer verringert wird. In einigen Beispielen kann die Vorkammerkappe als Reaktion darauf, dass die Motorlast über der Schwellenlast liegt oder gleich dieser ist, auf eine vollständig eingefahrene Position eingestellt werden, in der das Vorkammervolumen bei einem minimalen Volumen liegt. In weiteren Beispielen kann die Vorkammerkappe bis zu einem weiteren Grad eingefahren werden, wenn die Motorlast weiter über die Schwellenlast ansteigt, bis die vollständig eingefahrene Position mit minimalen Volumen erreicht ist.
Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerung die Motortemperatur mit der Schwellentemperatur vergleichen und kann die Steuerung als Reaktion darauf, dass die Motortemperatur unter der Schwellentemperatur liegt, das Vorkammervolumen auf die Weise erhöhen, die vorangehend für die Motorlast beschrieben ist. Die Schwellentemperatur kann ein vorbestimmter Wert sein, der auf dem Speicher gespeichert ist, und kann bei Kaltstartbedingungen auftreten, bevor der Motor zum Beispiel eine Nennbetriebstemperatur erreicht. Umgekehrt kann die Steuerung als Reaktion darauf, dass die Motortemperatur über der Schwellentemperatur liegt oder gleich dieser ist, das Vorkammervolumen auf eine Weise verringern, die vorangehend für die Motorlast beschrieben ist.
In noch weiteren Beispielen kann die Steuerung, anstatt das Vorkammervolumen auf Grundlage der Motortemperatur und/oder der Motorlast bezogen auf entsprechende Schwellenwerten einzustellen, direkt eine Position bestimmen, die für die Vorkammerkappe auf Grundlage der Motorlast und der Motortemperatur verwendet werden soll, wie etwa durch Eingeben der Motorlast und der Motortemperatur in eine Lookup-Tabelle, einen Algorithmus oder ein Kennfeld, die/der/das auf dem Speicher gespeichert sind. Die Lookup-Tabelle, der Algorithmus oder das Kennfeld kann die entsprechende Position für die Vorkammerkappe ausgeben, bei der es sich um eine beliebige Position zwischen und einschließlich der vollständig ausgefahrenen Position und der vollständig eingefahrenen Position handeln kann. Die Steuerung kann dann die Vorkammerkappe über den Aktor auf die bestimmte Position einstellen.
Bei 610 beinhaltet das Verfahren 600 das eines Zündfunkens in der Vorkammer über eine Elektrode (z. B. die Elektrode 204 aus den 2A - 4) zu einem Zeitpunkt, der auf Grundlage der Betriebsbedingungen bestimmt wird. Beispielsweise kann die Steuerung die Betriebsbedingungen, wie etwa die Motordrehzahl, die Motorlast und den Motordrehmomentbedarf, in eine Lookup-Tabelle, einen Algorithmus oder ein Kennfeld eingeben, die/der/das den Zeitpunkt zum Erregen der Elektrode zum Bereitstellen eines Zündfunkens (z. B. einen Zündzeitpunkt) entsprechend den eingegebenen Betriebsbedingungen ausgeben kann. Die Steuerung kann dann die Elektrode zu dem bestimmten Zündzeitpunkt betätigen, wie etwa über ein Frühzündungssignal von einem Zündsystem (z. B. von dem in 1 und 4 gezeigte Zündsystem 88). In einigen Beispielen kann die Steuerung ferner beim Bestimmen des Zündzeitpunktes das Vorkammervolumen berücksichtigen, da die Vorkammer mit einer schnelleren Rate unter Druck gesetzt werden kann und Zündstrahlen mit höherer Geschwindigkeit erzeugen kann, wenn das Vorkammervolumen kleiner ist. Beispielsweise kann die Steuerung den bestimmten Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von der Position der Vorkammerkappe und/oder dem entsprechenden Vorkammervolumen einstellen. In einem weiteren Beispiel kann die Lookup-Tabelle, der Algorithmus oder das Kennfeld bereits das variierende Vorkammervolumen über die Betriebsbedingungen hinweg berücksichtigen, da das Vorkammervolumen auf Grundlage der Betriebsbedingungen eingestellt werden kann.
In Beispielen, in denen eine Erdungselektrode direkt an die Vorkammerkappe gekoppelt ist, wird durch die Position der Vorkammerkappe auch eine Funkenspaltengröl e innerhalb der Vorkammer variiert. In derartigen Beispielen beinhaltet das Verfahren 600 Einstellen einer Zündenergie und/oder Funkendauer auf Grundlage der Funkenspaltengröl e, wie optional bei 612 angegeben. Beispielsweise können/kann die Zündenergie und/oder die Funkendauer erhöht werden, wenn die Funkenspaltengröl e zunimmt (z. B. die Vorkammerkappe weiter ausgefahren wird) und verringert werden, wenn die Funkenspaltengröl e abnimmt (z. B. die Vorkammerkappe weiter eingefahren wird). Die Steuerung kann die Zündenergie und/oder die Funkendauer auf Grundlage der Position der Vorkammerkappe und/oder des Volumens der Vorkammer direkt bestimmen, wie etwa durch Eingeben der Position und/oder des Volumens in eine Lookup-Tabelle, einen Algorithmus oder ein Kennfeld, die/der/das auf Speicher gespeichert ist. Wenn eine hohe Zündenergie und/oder eine lange Funkendauer aufgrund eines kleineren Funkenspalts nicht angegeben werden/wird (z. B., wenn das Vorkammervolumen kleiner ist), bewirken eine verringerte Zündenergie und/oder eine geringere Zünddauer eine geringere Erosion der Zündkerzenelektroden. Die Steuerung kann die Vorkammerelektrode mit der bestimmten Zündenergie zu dem bestimmten Zündzeitpunkt für die bestimmte Funkendauer mit Energie versorgen, um dem Zylinder bei einem beliebigen Vorkammervolumen zwischen dem minimalen Volumen und dem maximalen Volumen und einschließlich dieser robust Zündung bereitzustellen. Das Verfahren 600 kann dann enden.
Nun unter Bezugnahme auf 7 ist eine voraussichtliche beispielhafte Zeitachse 700 zum Betreiben eines Motors gezeigt, der einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen aufweist. Der Motor kann der Motor 10 aus 1 sein, der zum Beispiel den Zylinder 130 beinhaltet, und der Vorkammerzünder mit variablem Volumen kann der Vorkammerzünder 200 mit variablem Volumen aus 2A und 2B oder der Vorkammerzünder 300 mit variablem Volumen aus 3A und 3B sein. Wenngleich einige Parameter für eine einzige Vorkammer in 7 gezeigt sind, versteht es sich, dass der Zylinder in einem Mehrzylindermotorsystem eingeschlossen sein kann, und ähnliche Anpassungen für jede Vorkammer des Zylinders durchgeführt werden können. Eine Angabe der Vorkammerkappenposition ist durch einen Verlauf 702 gezeigt, eine Motorlast ist in einem Verlauf 704 gezeigt und eine Motortemperatur ist in einem Verlauf 706 gezeigt. Für alles vorangehend Genannte stellt die horizontale Achse die Zeit dar, wobei die Zeit entlang der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt. Die vertikale Achse stellt jeden bezeichneten Parameter dar. Für jeden der Verläufe 704 und 706 erhöht sich eine Größe des Parameters entlang der vertikalen Achse nach oben. Für den Verlauf 702 zeigt die vertikale Achse die Position der Vorkammerkappe bezogen auf eine am weitesten eingefahrene Position („eingefahren“) und eine am weitesten ausgefahrene Position („ausgefahren“). Wenn sich zum Beispiel die Vorkammerkappe in der ausgefahrenen Position befindet, liegt das Vorkammervolumen bei einem maximalen Volumen, und wenn sich die Vorkammerkappe in der eingefahrenen Position befindet, liegt das Vorkammervolumen bei einem minimalen Volumen. Ferner ist eine Schwellenmotorlast durch eine gestrichelte Linie 708 gezeigt und ist eine Schwellenmotortemperatur durch eine gestrichelte Linie 710 gezeigt.
Zu einem Zeitpunkt t0 wird der Motor gestartet. Da der Motor in letzter Zeit nicht betrieben wurde, liegt die Motortemperatur (Verlauf 706) unter einer Schwellenmotortemperatur (gestrichelte Linie 710), wodurch angegeben wird, dass eine Kaltstartbedingung vorhanden ist. Wenn die Motortemperatur unter der Schwellenmotortemperatur liegt, nimmt die Zündfähigkeit in der Vorkammer ab. Ferner wird der Motor mit einer niedrigen Last (Verlauf 704) betrieben, die unter der Schwellenmotorlast liegt. Wenn die Motorlast unter der Schwellenmotorlast liegt, nimmt die Zündfähigkeit in der Vorkammer weiter ab. Daher wird die Vorkammer mit der Vorkammerkappe in der ausgefahrenen Position (Verlauf 702) betrieben, um die Vorkammerzündfähigkeit zu erhöhen und ein Auftreten von Zylinderfehlzündungen zu verringern, wodurch das Volumen der Vorkammer auf das maximale Volumen erhöht wird. Infolgedessen wird die Wahrscheinlichkeit, dass ein Flammenkern in der Vorkammer gelöscht wird, bevor die Verbrennung in der Hauptbrennkammer des Zylinders eingeleitet wird, verringert. Ferner können Einstellungen des Zündzeitpunktes, der Zündenergie und/oder der Funkendauer vorgenommen werden, um Zeitsteuerungsunterschiede und/oder eine größere Funkenspaltengröl e im Vergleich dazu auszugleichen, wenn die Vorkammerkappe weniger ausgefahren ist und das Vorkammervolumen kleiner ist, wie vorangehend in Bezug auf 6 beschrieben.
Zu einem Zeitpunkt t1 steigt die Motorlast (Verlauf 704) über die Schwellenmotorlast (gestrichelte Linie 708) an. Bei Motorlasten über der Schwellenmotorlast wird ein Auftreten eines gelöschten Flammenkerns verringert, wodurch ermöglicht wird, dass ein kleineres Vorkammervolumen verwendet wird, um der Hauptbrennkammer eine robustere Zündung bereitzustellen. Die Motortemperatur (Verlauf 706) bleibt jedoch unter der Schwellenmotortemperatur (gestrichelte Linie 710). Daher wird die Vorkammerkappe in der ausgefahrenen Position gehalten (Verlauf 702) und wird die Vorkammer weiterhin mit dem maximalen Volumen betrieben.
In einigen Beispielen kann die Vorkammerkappe zwischen einer Vielzahl von Positionen zwischen der eingefahrenen Position und der ausgefahrenen Position eingestellt werden. Daher wird als ein durch ein gestricheltes Segment 702a gezeigtes alternatives Beispiel als Reaktion darauf, dass die Motorlast (Verlauf 704) zu dem Zeitpunkt t1 über die Schwellenmotorlast (gestrichelte Linie 708) ansteigt, die Vorkammerkappe auf eine weniger ausgefahrene Position eingestellt, während sie weiterhin näher an der ausgefahrenen Position als an der eingefahrenen Position liegt. Beispielsweise kann die Zündfähigkeit in der Vorkammer geringer sein, als wenn der Motor wärmer ist (z. B., wenn die in Verlauf 706 gezeigte Motortemperatur über der Schwellenmotortemperatur liegt, die in der gestrichelten Linie 710 gezeigt ist), aber höher sein, als wenn der Motor kalt ist und wenn die Motorlast niedrig ist (z. B. niedriger als die Schwellenmotorlast, die in der gestrichelten Linie 708 gezeigt ist). Daher kann die durch das gestrichelte Segment 702a gezeigte weniger ausgefahrene Position ermöglichen, dass sich der Druck in der Vorkammer schneller aufbaut, als wenn sich die Vorkammerkappe in der vollständig ausgefahrenen Position befindet, für eine schnellere Hauptkammerzündung, während gleichzeitig verhindert wird, dass der Flammenkern gelöscht wird.
Zu einem Zeitpunkt t2 steigt die Motortemperatur (Verlauf 706) über die Schwellenmotortemperatur (gestrichelte Linie 710) ab. Ferner bleibt die Motorlast (Verlauf 704) über der Schwellenmotorlast (gestrichelte Linie 708). Infolge dessen, dass die Motorlast über der Schwellenmotorlast liegt und die Motortemperatur über der Schwellenmotortemperatur liegt, wird die Zündfähigkeit in der Vorkammer erhöht und wird kein größeres Vorkammervolumen zum Ausgleichen einer verringerten Zündfähigkeit angefordert. Als Reaktion darauf wird die Vorkammerkappe auf die eingefahrene Position (Verlauf 702) eingestellt, wodurch das Vorkammervolumen im Vergleich dazu verringert wird, wenn sich die Vorkammerkappe in der ausgefahrenen Position befindet. Ferner können Einstellungen des Zündzeitpunktes, der Zündenergie und/oder der Funkendauer vorgenommen werden, um Zeitsteuerungsunterschiede und/oder eine kleinere Funkenspaltengröl e im Vergleich dazu auszugleichen, wenn die Vorkammerkappe weiter ausgefahren ist und das Vorkammervolumen größer ist, wie vorangehend in Bezug auf 6 beschrieben.
Zu einem Zeitpunkt t3 sinkt die Motorlast (Verlauf 704) unter die Schwellenmotorlast (gestrichelte Linie 708). Wenngleich die Motortemperatur (Verlauf 706) über der Schwellenmotortemperatur (gestrichelte Linie 710) bleibt, verringert die verringerte Motorlast die Zündfähigkeit in der Vorkammer. Daher wird die Vorkammerkappe als Reaktion darauf in die ausgefahrene Position (Verlauf 702) eingestellt und wird die Vorkammer mit dem maximalen Volumen betrieben.
Als ein durch ein gestricheltes Segment 702b gezeigtes alternatives Beispiel wird als Reaktion darauf, dass die Motorlast (Verlauf 704) zu dem Zeitpunkt t3 unter die Schwellenmotorlast (gestrichelte Linie 708) sinkt, während die Motortemperatur (Verlauf 706) über der Schwellenmotortemperatur bleibt (gestrichelte Linie 710), die Vorkammerkappe in eine teilweise ausgefahrene Position eingestellt. Beispielsweise kann die Zündfähigkeit in der Vorkammer höher sein, als wenn der Motor sowohl kalt ist als auch bei niedriger Last betrieben wird (z. B. zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1). Ferner kann die Motorlast zumindest in einigen Beispielen eine größere Auswirkung auf die Zündfähigkeit als die Motortemperatur haben, was dazu führt, dass die in dem gestrichelten Segment 702b gezeigte Position weiter ausgefahren ist als die in dem gestrichelten Segment 702a gezeigte Position. Die durch das gestrichelte Segment 702b gezeigte teilweise ausgefahrene Position kann ermöglichen, dass sich der Druck in der Vorkammer schneller aufbaut, als wenn sich die Vorkammerkappe in der vollständig ausgefahrenen Position befindet, während gleichzeitig verhindert wird, dass der Flammenkern gelöscht wird.
Zu einem Zeitpunkt t4 steigt die Motorlast (Verlauf 704) erneut über die Schwellenmotorlast (gestrichelte Linie 708) an. Ferner bleibt die Motortemperatur (Verlauf 706) über der Schwellenmotortemperatur (gestrichelte Linie 710). Als Reaktion darauf, dass die Motorlast über die Schwellenmotorlast ansteigt, wird die Vorkammerkappe wieder in die eingefahrene Position eingestellt (Verlauf 702) und wird die Vorkammer mit dem minimalen Volumen betrieben. Infolgedessen wird die Vorkammer im Vergleich dazu, wenn das Vorkammervolumen größer ist, schneller mit Druck beaufschlagt, und leiten Zündstrahlen mit höherer Geschwindigkeit die Verbrennung in der Hauptbrennkammer robust ein.
Auf diese Weise wird eine robuste Vorkammerzündung über einen größeren Bereich von Betriebsbedingungen im Vergleich zu einer Vorkammer mit fester Geometrie bereitgestellt. Durch Einschliel en einer verstellbaren Vorkammerkappe zum Variieren des Vorkammervolumens (und in einigen Beispielen der Funkenspaltengröl e) kann die Vorkammer zuverlässig bei niedrigen Motorlasten und -temperaturen betrieben werden, während Kosten des Vorkammerzünders im Vergleich zu aktiven Vorkammern niedriger sind, die eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzvorrichtung innerhalb der Vorkammer beinhalten. Aufgrund der kleineren Größe (des kleineren Durchmessers) der in dieser Schrift beschriebenen Vorkammer mit variablem Volumen im Vergleich zu aktiven Vorkammern können größere Einlass- und Auslassventile in dem Motor verwendet werden, was zu einer höheren Motorleistungsfähigkeit führt. Insgesamt kann durch das Bereitstellen einer zuverlässigen Zündung durch eine passive Vorkammer mit variablem Volumen über einen Bereich von Betriebsbedingungen ein Auftreten von Fehlzündungen verringert werden, während der Motorwirkungsgrad erhöht werden kann.
Der technische Effekt des Variierens eines Volumens innerhalb einer Vorkammer durch eine verstellbare Kappe auf Grundlage von Betriebsbedingungen besteht darin, dass ein Auftreten von Zylinderfehlzündungen bei niedrigeren Motorlasten und einer niedrigeren Motortemperatur verringert wird, während ein Motorwirkungsgrad erhöht wird.
Als ein Beispiel umfasst ein System Folgendes: einen Vorkammerzünder, der an einen Zylinder eines Motors gekoppelt ist, wobei der Vorkammerzünder eine Kappe umfasst, die ein Innenvolumen des Vorkammerzünders von einem Innenvolumen des Zylinders trennt, wobei die Kappe zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt werden kann. In einem ersten Beispiel für das System ist das Innenvolumen des Vorkammerzünders kleiner, wenn sich die Kappe in der ersten Position befindet, und größer, wenn sich die Kappe in der zweiten Position befindet. In einem zweiten Beispiel für das System, das gegebenenfalls das erste Beispiel beinhaltet, erstreckt sich die Kappe in der zweiten Position im Vergleich zu der ersten Position weiter in Richtung eines Kolbens des Zylinders und wobei die Kappe eine oder mehrere Öffnungen beinhaltet, die das Innenvolumen des Vorkammerzünders fluidisch an das Innenvolumen des Zylinders koppeln. In einem dritten Beispiel für das System, das gegebenenfalls eines oder beide von dem ersten und zweiten Beispiel beinhaltet, beinhaltet der Vorkammerzünder einen Funkenspalt innerhalb des Innenvolumens des Vorkammerzünders zwischen einer Elektrodenspitze und eine Erdungselektrode. In einem vierten Beispiel für das System, das gegebenenfalls ein beliebiges oder alle von dem ersten bis dritten Beispiel beinhaltet, befindet sich eine untere Innenfläche der Kappe in der ersten Position im Vergleich zu der zweiten Position näher an der Elektrodenspitze. In einem fünften Beispiel für das System, das gegebenenfalls ein beliebiges oder alle von dem ersten bis vierten Beispiel beinhaltet, ist die Erdungselektrode an die untere Innenfläche der Kappe gekoppelt und ist der Funkenspalt im Vergleich zu der zweiten Position kleiner, wenn sich die Kappe in der ersten Position befindet. In einem sechsten Beispiel für das System, das gegebenenfalls ein beliebiges oder alle von dem ersten bis fünften Beispiel beinhaltet, ist die Erdungselektrode an einen Körper des Vorkammerzünders gekoppelt, wobei der Körper des Vorkammerzünders einen oberen Abschnitt der Kappe umgibt und fest an einen Zylinderkopf des Zylinders gekoppelt ist. In einem siebten Beispiel für das System, das gegebenenfalls ein beliebiges oder alle von dem ersten bis sechsten Beispiel beinhaltet, erstreckt sich die Erdungselektrode von dem Körper des Vorkammerzünders über einen Schlitz in der Kappe in das Innenvolumen des Vorkammerzünders, wobei der Schlitz in der Kappe über den Körper des Vorkammerzünders gegenüber dem Innenvolumen des Zylinders abgedichtet und bemessen ist, um eine Bewegung der Kappe zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu ermöglichen. In einem achten Beispiel für das System, das gegebenenfalls ein beliebiges oder alle von dem ersten bis siebten Beispiel beinhaltet, umfasst das System ferner Folgendes: einen Aktor zum Einstellen der Kappe zwischen der ersten Position und der zweiten Position. In einem neunten Beispiel für das System, das gegebenenfalls ein beliebiges oder alle von dem ersten bis achten Beispiel beinhaltet, ist der Aktor einer von einem Solenoid, einem Elektromotor, einem pneumatischen Aktor, einem Vakuumaktor und einem hydraulischen Aktor und ist dieser direkt an die Kappe gekoppelt ist. In einem zehnten Beispiel für das System, das gegebenenfalls ein beliebiges oder alle von dem ersten bis neunten Beispiel beinhaltet, ist der Aktor einer von einem Solenoid, einem Elektromotor, einem pneumatischen Aktor, einem Vakuumaktor und einem hydraulischen Aktor und ist dieser über zumindest eines von einer mechanischen Verbindung und einem Nocken indirekt an die Kappe gekoppelt.
Als ein weiteres Beispiel umfasst ein Verfahren Folgendes: Einstellen eines Innenvolumens eines Vorkammerzünders durch Einstellen einer Position einer Kappe des Vorkammerzünders auf Grundlage von Betriebsbedingungen, wobei die Kappe eine Vielzahl von Durchbrüchen beinhaltet, die den Vorkammerzünder fluidisch an eine Hauptbrennkammer eines Zylinders eines Motors koppelt. In einem ersten Beispiel für das Verfahren umfasst das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders durch Einstellen der Position der Kappe des Vorkammerzünders auf Grundlage der Betriebsbedingungen Folgendes: Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders durch Einstellen der Position der Kappe in eine ausgefahrene Position als Reaktion darauf, dass zumindest eines von Folgenden gilt: eine Last des Motors fällt unter eine Schwellenlast und eine Temperatur des Motors fällt unter eine Schwellentemperatur, und Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders durch Einstellen der Position der Kappe in eine eingefahrene Position als Reaktion darauf, dass zumindest eines von Folgenden gilt: die Last des Motors steigt über die Schwellenlast an und die Temperatur des Motors steigt über die Schwellentemperatur an. In einem zweiten Beispiel für das Verfahren, das gegebenenfalls das erste Beispiel beinhaltet, umfasst das Einstellen der Position der Kappe des Vorkammerzünders lineares Einstellen der Position der Kappe in einer zu einer Mittelachse des Vorkammerzünders parallelen Richtung. In einem dritten Beispiel für das Verfahren, das gegebenenfalls eines oder beide von dem ersten und zweiten Beispiel beinhaltet, liegt eine untere Aul enfläche der Kappe in der ausgefahrenen Position im Vergleich zu der eingefahrenen Position näher an einem Kolben des Zylinders, und wobei eine untere Innenfläche der Kappe in der eingefahrenen Position im Vergleich zu der ausgefahrenen Position näher an einer Elektrode des Vorkammerzünders liegt. In einem vierten Beispiel für das Verfahren, das gegebenenfalls ein beliebiges oder alle von dem ersten bis dritten Beispiel beinhaltet, ist eine Erdungselektrode direkt an die untere Innenfläche der Kappe gekoppelt, und wobei das Verfahren ferner Betreiben der Elektrode mit einer höheren Zündenergie im Vergleich zu der eingefahrenen Position umfasst, wenn die Kappe in der ausgefahrenen Position positioniert ist.
In noch einem weiteren Beispiel umfasst ein System Folgendes: einen Motor, der eine Vielzahl von Zylindern beinhaltet, wobei jeder Zylinder einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen beinhaltet, wobei der Vorkammerzünder mit variablem Volumen eine Elektrode und eine Kappe beinhaltet, die ein Innenvolumen des Vorkammerzünders mit variablem Volumen umschließt; und eine Steuerung, die Anweisungen auf einem nicht flüchtigem Speicher speichert, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Einstellen der Kappe in eine ausgefahrene Position als Reaktion darauf, dass zumindest eines von Folgenden gilt: eine Last des Motors liegt unter einer Schwellenlast und eine Temperatur des Motors liegt unter einer Schwellentemperatur; und Einstellen der Kappe in eine eingefahrene Position als Reaktion darauf, dass zumindest eines von Folgenden gilt: die Last des Motors liegt über der Schwellenlast oder ist gleich dieser und die Temperatur des Motors liegt über der Schwellentemperatur oder ist gleich dieser. In einem ersten Beispiel für das Systems umfasst die Kappe ein im Wesentlichen zylindrisches, mit einer Kappe versehenes Rohr, das eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die das Innenvolumen des Vorkammerzünder mit variablem Volumen fluidisch an ein Innenvolumen des entsprechenden Zylinders koppelt, wobei das im Wesentlichen zylindrische, mit einer Kappe versehene Rohr eine gemeinsame Mittelachse mit der Elektrode des Vorkammerzünders mit variablem Volumen aufweist und wobei das Innenvolumen des Vorkammerzünders mit variablem Volumen im Vergleich zu der eingefahrenen Position größer ist, wenn sich die Kappe in der ausgefahrenen Position befindet. In einem zweiten Beispiel für das System, das gegebenenfalls das erste Beispiel beinhaltet, umfasst der Vorkammerzünder mit variablem Volumen ferner eine Erdungselektrode, die an eine Innenfläche der Kappe gekoppelt ist, wobei die Erdungselektrode entlang der Mittelachse mit der Elektrode ausgerichtet und durch einen Funkenspalt von der Elektrode getrennt ist und wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet, die auf dem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Betätigen der Elektrode mit einer höheren Zündenergie und/oder für eine längere Funkendauer im Vergleich zu der eingefahrenen Position, wenn sich die Kappe in der ausgefahrenen Position befindet. In einem dritten Beispiel für das System, das gegebenenfalls eines oder beide von dem ersten und zweiten Beispiel beinhaltet, ist eine Länge des Funkenspalts im Vergleich zu der eingefahrenen Position größer, wenn sich die Kappe in der ausgefahrenen Position befindet.
Es ist anzumerken, dass die in dieser Schrift eingeschlossenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in 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 an Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Somit können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermal en 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. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können in Abhängigkeit der konkret verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch Code darstellen, der in einen nicht transitorischem Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, 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 Varianten möglich sind. Beispielsweise kann die vorangehende Technik auf V6-, 14-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Darüber hinaus sollen die Ausdrücke „erste(r/s)“, „zweite(r/s)”, „dritte(r/s)“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, keine Reihenfolge, Position, Menge oder Bedeutung bezeichnen, sondern werden lediglich als Bezeichnungen zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen verwendet. 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 „ungefähr“ 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 Ansprüche 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 einschliel en und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschliel en. 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 eingeschlossen 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 8925518 B1 [0005]

Claims

System, umfassend: einen Vorkammerzünder, der an einen Zylinder eines Motors gekoppelt ist, wobei der Vorkammerzünder eine Kappe umfasst, die ein Innenvolumen des Vorkammerzünders von einem Innenvolumen des Zylinders trennt, wobei die Kappe zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt werden kann.
System nach Anspruch 1, wobei das Innenvolumen des Vorkammerzünders kleiner ist, wenn sich die Kappe in der ersten Position befindet, und größer ist, wenn sich die Kappe in der zweiten Position befindet.
System nach Anspruch 1, wobei sich die Kappe in der zweiten Position im Vergleich zu der ersten Position weiter in Richtung eines Kolbens des Zylinders erstreckt und wobei die Kappe eine oder mehrere Öffnungen beinhaltet, die das Innenvolumen des Vorkammerzünders fluidisch an das Innenvolumen des Zylinders koppeln.
System nach Anspruch 1, wobei der Vorkammerzünder einen Funkenspalt innerhalb des Innenvolumens des Vorkammerzünders zwischen einer Elektrodenspitze und eine Erdungselektrode beinhaltet.
System nach Anspruch 4, wobei sich eine untere Innenfläche der Kappe in der ersten Position im Vergleich zu der zweiten Position näher an der Elektrodenspitze befindet.
System nach Anspruch 5, wobei die Erdungselektrode an die untere Innenfläche der Kappe gekoppelt ist und der Funkenspalt im Vergleich zu der zweiten Position kleiner ist, wenn sich die Kappe in der ersten Position befindet.
System nach Anspruch 4, wobei die Erdungselektrode an einen Körper des Vorkammerzünders gekoppelt ist, wobei der Körper des Vorkammerzünders einen oberen Abschnitt der Kappe umgibt und fest an einen Zylinderkopf des Zylinders gekoppelt ist.
System nach Anspruch 7, wobei sich die Erdungselektrode von dem Körper des Vorkammerzünders über einen Schlitz in der Kappe in das Innenvolumen des Vorkammerzünders erstreckt, wobei der Schlitz in der Kappe über den Körper des Vorkammerzünders gegenüber dem Innenvolumen des Zylinders abgedichtet und bemessen ist, um eine Bewegung der Kappe zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu ermöglichen.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Aktor zum Einstellen der Kappe zwischen der ersten Position und der zweiten Position.
System nach Anspruch 9, wobei der Aktor einer von einem Solenoid, einem Elektromotor, einem pneumatischen Aktor, einem Vakuumaktor und einem hydraulischen Aktor ist und direkt an die Kappe gekoppelt ist.
System nach Anspruch 9, wobei der Aktor einer von einem Solenoid, einem Elektromotor, einem pneumatischen Aktor, einem Vakuumaktor und einem hydraulischen Aktor ist und über zumindest eines von einer mechanischen Verbindung und einem Nocken indirekt an die Kappe gekoppelt ist.
Verfahren, umfassend: Einstellen eines Innenvolumens eines Vorkammerzünders durch Einstellen einer Position einer Kappe des Vorkammerzünders auf Grundlage von Betriebsbedingungen, wobei die Kappe eine Vielzahl von Durchbrüchen beinhaltet, die den Vorkammerzünder fluidisch an eine Hauptbrennkammer eines Zylinders eines Motors koppelt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders durch Einstellen der Position der Kappe des Vorkammerzünders auf Grundlage der Betriebsbedingungen Folgendes umfasst: Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders durch Einstellen der Position der Kappe in eine ausgefahrene Position als Reaktion darauf, dass zumindest eines von Folgenden gilt: eine Last des Motors fällt unter eine Schwellenlast und eine Temperatur des Motors fällt unter eine Schwellentemperatur; und Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders durch Einstellen der Position der Kappe in eine eingefahrene Position als Reaktion darauf, dass zumindest eines von Folgenden gilt: die Last des Motors steigt über die Schwellenlast an und die Temperatur des Motors steigt über die Schwellentemperatur an.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Einstellen der Position der Kappe des Vorkammerzünders lineares Einstellen der Position der Kappe in einer zu einer Mittelachse des Vorkammerzünders parallelen Richtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine untere Außenfläche der Kappe in der ausgefahrenen Position im Vergleich zu der eingefahrenen Position näher an einem Kolben des Zylinders liegt, eine untere Innenfläche der Kappe in der eingefahrenen Position im Vergleich zu der ausgefahrenen Position näher an einer Elektrode des Vorkammerzünders liegt und eine Erdungselektrode direkt an die untere Innenfläche der Kappe gekoppelt ist, und wobei das Verfahren ferner Betreiben der Elektrode mit einer höheren Zündenergie im Vergleich zu der eingefahrenen Position umfasst, wenn die Kappe in der ausgefahrenen Position positioniert ist.