DE102021123662A1

DE102021123662A1 - Verfahren und systeme für einen vorkammerzünder mit variablem volumen

Info

Publication number: DE102021123662A1
Application number: DE102021123662.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Leone; Michael Damian Czekala
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2022-03-17
Also published as: CN114165327A; US11066980B1

Abstract

Diese Offenbarung stellt Verfahren und Systeme für einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen bereit. Es werden Systeme und Verfahren für einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen bereitgestellt, der in einem Motorsystem gekoppelt sein kann. In einem Beispiel kann das Verfahren das Einstellen eines Innenvolumens eines Vorkammerzünders basierend auf Betriebsbedingungen durch das Einstellen einer Position einer Kappe des Vorkammerzünders beinhalten, wobei der Vorkammerzünder eine Vielzahl von Öffnungen beinhaltet, die den Vorkammerzünder fluidisch an eine Hauptbrennkammer eines Zylinders eines Motors koppelt. Durch das Einstellen einer Position der Kappe kann das Innenvolumen des Vorkammerzünders erhöht oder verringert werden, um eine zuverlässige Zündung des Zylinders über eine breite Reihe 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 Verdichtungstakts zu entzünden. Zum Beispiel beinhaltet in herkömmlichen Fremdzündungsmotoren jeder Zylinder eine Zündkerze zum direkten Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder. In anderen Beispielen kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder durch Strahlen von heißem Gas und Flammen 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 eingebracht 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 eingeleitet. Wenn eine Zündung angefordert ist, wird die Zündkerze in der Vorkammer betätigt, wodurch der Teil des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer gezündet wird. Nachdem der Teil des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer gezündet wurde, können Flammen- und Heißgasstrahlen aus der Vorkammer austreten und über ein oder mehrere Löcher in den Vorkammerwänden in den Zylinder eindringen. Diese Strahlen zünden 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. Zum Beispiel kann ein Zylinder mit Vorkammerzündung mit größerer Verdünnung (z. B. stärkere Abgasrückführung oder ein magereres 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 anderen 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. Zum Beispiel kann während des Betriebs bei geringer Last die Menge des in die passive Vorkammer eingeleiteten Luft-Kraftstoff-Gemisches abnehmen, und niedrige Pegel von Kraftstoff und Sauerstoff in der passiven Vorkammer können zu einer verringerten Verbrennungsstabilität (z, B. Entzündlichkeit) und einem erhöhten Auftreten von Vorkammerfehlzündung führen. In einem anderen Beispiel kann während einer Kaltstartbedingung eine niedrige Temperatur in der passiven Vorkammer die Verbrennungsstabilität der Vorkammer verringern.
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 können in Systemen mit einer aktiven Vorkammer die Hinzufügung von Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtungen und Vorkammerlufteinspritzvorrichtungen Kosten und Komplexität des Systems erhöhen und können erhebliche Verbauungsbeschränkungen schaffen. Zum Beispiel kann eine Größe von Einlass- und Auslassventilen, Kühlkanälen usw. reduziert werden, um das Verbauen einer oder mehrerer Einspritzvorrichtungen plus einer Zündkerze mit angemessener dielektrischer Isolierung innerhalb der Vorkammer zu ermöglichen.
KURZDARSTELLUNG
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren angegangen werden, das Folgendes umfasst: Einstellen eines Innenvolumens eines Vorkammerzünders basierend auf mindestens einer Motorlast durch Einstellen einer Position einer Kappe des Vorkammerzünders, wobei der Vorkammerzünder eine Vielzahl von Öffnungen beinhaltet, welche den Vorkammerzünder fluidisch an eine Hauptbrennkammer eines Zylinders eines Motors koppelt. Auf diese Weise kann das Innenvolumen der Vorkammer durch Einstellen der Kappe variiert werden, um dem Zylinder über eine Reihe von Betriebsbedingungen eine robuste Zündung bereitzustellen.
Als ein Beispiel kann das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders basierend auf mindestens der Motorlast das Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Motorlast verringert, und das Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders beinhalten, wenn sich die Motorlast erhöht. Zum Beispiel kann die Kappe linear in eine Richtung bewegbar sein, die parallel zu einer Mittelachse des Vorkammerzünders verläuft, und die Kappe kann weiter in Richtung eines Kolbens des Zylinders ausgefahren (z. B. in eine erste Richtung bewegt) werden, um das Innenvolumen des Vorkammerzünders zu erhöhen (z. B. als Reaktion darauf, dass sich die Motorlast verringert). Im Gegensatz dazu kann die Kappe weiter von dem Kolben weggezogen (z. B. in eine zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung bewegt) werden, um das Innenvolumen des Vorkammerzünders zu verringern (z. B. als Reaktion darauf, dass sich die Motorlast erhöht). Als ein Beispiel kann die Kappe weiter ausgefahren werden, bis ein maximales Innenvolumen des Vorkammerzünders in einer vollständig ausgefahrenen Position der Kappe erreicht ist, oder weiter eingezogen werden, bis ein minimales Innenvolumen des Vorkammerzünders in einer vollständig eingezogenen Position der Kappe erreicht ist. Ein Abstand zwischen einer unteren Innenfläche der Kappe und einer Elektrode des Vorkammerzünders kann sich verringern, wenn die Kappe zum Beispiel weiter eingezogen wird. In einigen Beispielen kann das Innenvolumen des Vorkammerzünders weiter erhöht werden, wenn sich eine Drehzahl des Motors bei einer gegebenen Motorlast verringert, und das Innenvolumen des Vorkammerzünders kann weiter verringert werden, wenn sich die Drehzahl des Motors bei der gegebenen Motorlast erhöht. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Innenvolumen des Vorkammerzünders weiter erhöht werden, wenn sich eine Betriebstemperatur bei einer gegebenen Motorlast verringert, und das Innenvolumen des Vorkammerzünders kann weiter verringert werden, wenn sich die Betriebstemperatur bei der gegebenen Motorlast erhöht. Die Betriebstemperatur kann zum Beispiel eine Ansauglufttemperatur, eine Motortemperatur oder eine Wandtemperatur des Vorkammerzünders sein.
In einigen Beispielen kann eine Masseelektrode direkt an die untere Innenfläche der Kappe gekoppelt sein. In derartigen Beispielen kann eine Größe einer Funkenstrecke zwischen der Elektrode und der Masseelektrode variieren, wenn die Position der Kappe eingestellt wird. Daher kann in derartigen Beispielen eine Zündenergie und/oder eine Zünddauer zum Betreiben der Elektrode erhöht werden, wenn die Kappe ausgefahren wird, und verringert werden, wenn die Kappe eingezogen wird.
Durch das Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders kann eine Zünddrehzahl des Zylinders bei Bedingungen höherer Motordrehzahllast und höherer Temperatur erhöht werden, da das kleinere Innenvolumen zu einem schnelleren Druckaufbau und Flammenstrahlen mit höherer Geschwindigkeit und Heißstrahlen führt, die aus der einen oder den mehreren Öffnungen zu dem Zylinder 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 das Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders kann die Verbrennungsstabilität innerhalb des Vorkammerzünders während Bedingungen mit niedriger Motordrehzahllast und niedriger Temperatur erhöht werden, da das größere Innenvolumen ein Auftreten von Flammenkernerstickung innerhalb des Vorkammerzünders reduziert. Zusätzlich dazu kann, wenn die Masseelektrode direkt an die innere Bodenfläche der Kappe gekoppelt ist, die größere Funkenstrecke, die bereitgestellt wird, wenn sich die Kappe in der zweiten Position befindet, einen größeren und schneller wachsenden Flammenkern erzeugen. Insgesamt wird eine robuste Vorkammerzündung über eine größere Reihe von Betriebsbedingungen relativ zu einer Vorkammer mit fester Geometrie bereitgestellt, wodurch die Motoreffizienz erhöht wird, während Kosten und Größe des Vorkammerzünders relativ zu aktiven Vorkammern, die eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzvorrichtung innerhalb der Vorkammer beinhalten, geringer sind. Demnach können größere Einlass- und Auslassventile in dem Motor verwendet werden, was zu einer höheren Motorleistungskapazität führt.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben 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 vorstehend 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 einstellbaren Vorkammerkappe in einer ersten Position.
2B zeigt schematisch eine detaillierte Ansicht des Vorkammerzünders mit variablem Volumen aus 2A mit der einstellbaren Vorkammerkappe in einer zweiten Position.
3A zeigt schematisch eine detaillierte Ansicht eines zweiten Beispiels für einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen mit einer einstellbaren Vorkammerkappe in einer ersten Position.
3B zeigt schematisch eine detaillierte Ansicht des Vorkammerzünders mit variablem Volumen aus 3A mit der einstellbaren Vorkammerkappe in einer zweiten Position.
4 zeigt eine Ansicht eines beispielhaften Verdrahtungsdiagramms für einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen, der eine einstellbare Kappe aufweist.
5 zeigt Diagramme, die beispielhafte Beziehungen zwischen einer Motorlast und einem optimalen Vorkammervolumen bei unterschiedlichen Motordrehzahlen und zwischen Motorleistung und dem Vorkammervolumen darstellen.
6 zeigt Diagramme, die beispielhafte Beziehungen zwischen einer Motorlast und einem optimalen Vorkammervolumen bei unterschiedlichen Vorkammerwandtemperaturen und zwischen Motorleistung und dem Vorkammervolumen bei den unterschiedlichen Vorkammerwandtemperaturen darstellen.
7 zeigt ein Diagramm einer beispielhaften Beziehung zwischen einer Funkenstreckengröße und einer optimalen Zündenergie und/oder Zünddauer.
8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben einer Vorkammer mit variablem Volumen als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen.
9 zeigt eine prophetische beispielhafte Zeitachse zum Einstellen eines Volumens einer Vorkammerkammer mit variablem Volumen basierend auf Motorbetriebsbedingungen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für einen Motor mit einem Vorkammersystemzündsystem. 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 einstellbare Vorkammerkappe beinhalten, die auf mindestens zwei Positionen eingestellt werden kann, um ein Volumen der Vorkammer und in einigen Beispielen eine Größe einer Funkenstrecke innerhalb der Vorkammer zu variieren, wie in 2A-3B gezeigt. Eine Zündkerze der Vorkammer kann gemäß dem in 4 gezeigten Verdrahtungsdiagramm an ein Zündsystem gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein Volumen der Vorkammer variiert werden, um eine robuste Zündung über einen Bereich von Motorlasten und/oder in Abhängigkeit von der Motorleistung bereitzustellen, wie in 5 und 6 gezeigt. Das optimale Vorkammervolumen kann für eine gegebene Motorlast basiernd auf der Motordrehzahl, wie in 5 gezeigt, und/oder einer Temperatur der Vorkammer variieren, wie in 6 gezeigt. 7 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Größe der Funkenstrecke und einer Zündenergie und/oder Zünddauer, die zum Betätigen einer Zündkerze der Vorkammer zu verwenden ist. Ferner kann eine Steuerung das Volumen der Vorkammer durch Einstellen einer Position der einstellbaren Vorkammerkappe basierend auf Motorbetriebsbedingungen (z. B. der Motorlast und der Vorkammertemperatur) einstellen, wie etwa gemäß dem Verfahren aus 8. Eine prophetische beispielhafte Zeitachse, die das Einstellen des Volumens der Vorkammer basierend auf den Motorbetriebsbedingungen veranschaulicht, ist in 9 gezeigt.
Unter jetziger Bezugnahme auf die Figuren zeigt 1 eine Teilansicht eines einzelnen Zylinders 130 einer Brennkraftmaschine 10, die in einem Fahrzeug 5 beinhaltet 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 ist mit einem Ansaugkrümmer 44 über ein Einlassventil 4 und eine Einlassöffnung 22 und mit einem Abgaskrümmer 48 über ein Auslassventil 8 und eine Auslassöffnung 86 kommunizierend gezeigt. 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 werden, die den Motorzylindern bereitgestellt werden.
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), variablen Nockensteuerzeit (variable cam timing - VCT), variablen Ventilsteuerzeit (variable valve timing - WT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL) nutzen, um den Ventilbetrieb 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 jeweils gemäß dem Satz an Einlass- und Auslassventilsteuerzeiten betätigt werden. In einigen Beispielen können das Einlassventil und das Auslassventil über den Einlassventilzeitsteueraktor 101 bzw. den Auslassventilzeitsteueraktor 103 deaktiviert werden. Die Position des Einlassnockens 151 und des Auslassnockens 153 kann durch Nockenwellenpositionssensoren 155 bzw. 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 anderen Beispielen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Betätigungssystem oder einen Aktor 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 stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskanal 135 gekoppelt gezeigt. Der Abgassensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (LKV) des Abgases ausgewählt sein, wie etwa zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (universal oder wide-range exhaust gas oxygen - UEGO), 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 im Abgaskanal 135 an eine Zone mit niedrigerem Druck in dem Ansaugkrümmer 44, stromabwärts der Drossel 62, über einen AGR-Kanal 81 abgegeben wird. Eine Menge an 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 dazu konfiguriert sein, 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 zugelassen wird, eingestellt werden. Als ein Beispiel kann das AGR-Ventil 80 zwischen der vollständig geschlossenen Position und der vollständig offenen Position kontinuierlich variierbar sein. Demnach kann die Steuerung einen Öffnungsgrad des AGR-Ventils 80 erhöhen, um eine Menge an AGR, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, zu erhöhen, und den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 80 verringern, um die Menge an AGR, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, zu verringern. Als ein Beispiel kann das AGR-Ventil 80 ein elektronisch betätigtes Magnetventil sein. In anderen Beispielen kann das AGR-Ventil 80 durch einen eingebauten Schrittmotor positioniert werden, der durch die Steuerung 12 betätigt werden kann, um die Position des AGR-Ventils 80 über einen Bereich von diskreten Schritten (z. B. 52 Schritten) einzustellen, oder das AGR-Ventil 80 kann 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 dazu verwendet werden, 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 im Inneren des AGR-Kanals 81 angeordnet sein und können zum Beispiel eine Angabe eines oder mehrerer von einem Massenstrom, einem Druck und einer Temperatur des Abgases bereitstellen. Zusätzlich kann die AGR gewünscht 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 beziehen und eine gewünschte Menge an AGR, die der eingegebenen Motordrehzahl/-last entspricht, als ausgeben. In einem anderen 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 anderen 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 des angeforderten Umfangs 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 anzuwenden ist (z. B. wie an den Schrittmotor oder eine andere Ventilbetätigungsvorrichtung gesendet) als Ausgabe aufweist.
Der Zylinder 130 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, bei dem es sich um ein Verhältnis von dem Volumen, wenn sich der Kolben 136 am unteren Totpunkt befindet, zu dem, wenn er sich am oberen Totpunkt befindet, handelt. 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 zudem erhöht sein, falls Direkteinspritzung verwendet wird, da sich diese auf das Motorklopfen auswirkt. Das Verdichtungsverhältnis kann auch 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 zum Direkteinspritzen von Kraftstoff direkt in diese proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird. 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 anderen 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 einzelne Einspritzvorrichtung in den Zylinder eingespritzt wird, kann der Motor alternativ betrieben werden, indem Kraftstoff über mehrere Einspritzvorrichtungen eingespritzt wird, wie etwa eine Direkteinspritzvorrichtung und eine Ansaugkanaleinspritzvorrichtung. Zum Beispiel können sowohl Ansaugkanal- als auch Direkteinspritzvorrichtungen in einer Konfiguration beinhaltet sein, die als Ansaugkanalkraftstoff- und Direkteinspritzung (port fuel and direct injection - PFDI) bekannt ist. In einer derartigen Konfiguration kann die Steuerung 12 eine relative Einspritzmenge von jeder Einspritzvorrichtung variieren.
Kraftstoff kann aus einem Hochdruckkraftstoffsystem 180, das einen oder mehrere Kraftstofftanks, eine oder mehrere Kraftstoffpumpen und einen Kraftstoffverteiler beinhaltet, an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 abgegeben werden. Alternativ dazu kann Kraftstoff bei einem niedrigeren Druck durch eine einstufige Kraftstoffpumpe abgegeben 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. beinhalten. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlichen Verdampfungswärmen beinhaltet Benzin als eine erste Kraftstoffart mit einer niedrigeren Verdampfungswärme und Ethanol als eine zweite Kraftstoffart mit einer größeren Verdampfungswärme. 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 beinhalten Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Ethanol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw. Auf diese Weise werden Luft und Kraftstoff in den Zylinder 130 abgegeben, der ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugen kann.
Kraftstoff kann während eines einzelnen Zyklus des Zylinders durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 an den Zylinder abgegeben werden. Ferner kann die Verteilung und/oder die relative Menge von Kraftstoff, die durch die Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung 66 abgegeben wird, mit Betriebsbedingungen variieren. Außerdem können bei einem einzelnen Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des abgegebenen Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon durchgeführt werden.
In dem in 1 gezeigten Beispiel beinhaltet der Zylinder 130 einen Vorkammerzünder 192, der an den Zylinderkopf 18 gekoppelt ist, um die Verbrennung einzuleiten, wie detaillierter in 2A-3B gezeigt. Der Vorkammerzünder 192 beinhaltet eine Zündkerze mit einer Funkenstrecke und beinhaltet ferner eine einstellbare Vorkammerkappe und einen inneren Hohlraum, der in dieser Schrift als Vorkammer 188 bezeichnet wird. Ferner beinhalten die Wände des Vorkammerzünders 192, welche die Vorkammer 188 umschließen, eine Vielzahl von Öffnungen. Jede Öffnung kann eine Öffnung 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 in dieser Schrift als eine Hauptbrennkammer bezeichnet werden. Somit können während einiger Bedingungen Gase zwischen dem Innenraum der Vorkammer 188 und dem Innenraum des Zylinders 130 (z. B. der Hauptbrennkammer des Zylinders 130) strömen. Zum Beispiel können Gase (z. B. Luft, Kraftstoff und/oder verbleibende Verbrennungsgase) durch jede Öffnung mit einer Richtung und Geschwindigkeit basierend auf einem Druckunterschied an der Öffnung (z. B. zwischen der passiven 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 gezeigt.
Bei ausgewählten Betriebsmodi kann ein Zündsystem 88 in dem Vorkammerzünder 192 als Reaktion auf ein Frühzündungssignal SA (spark advance) von der Steuerung 12 unter ausgewählten Betriebsmodi einen Zündfunken erzeugen. Eine Zeitsteuerung des Signals SA kann basierend auf den Motorbetriebsbedingungen und eines Drehmomentbedarfs des Fahrers eingestellt werden. Zum Beispiel kann eine Zündung bei einem Zeitpunkt mit maximalem Bremsmoment (MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und die Effizienz des Motors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, die Motordrehzahl, Motorlast und das Abgas-LKV beinhalten, in eine Lookup-Tabelle eingeben, was die entsprechende MBT-Zeitsteuerung für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgeben kann. In anderen Beispielen kann der Zündfunken vom MBT verzögert werden, um ein Auftreten von Klopfen zu verhindern. In noch anderen 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 gleichmäßig 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 mindestens 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-/Ausgangsports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als Festwertspeicher 106 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 108, 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 Programme sowie andere Varianten durchzuführen, die vorweggenommen, jedoch nicht ausdrücklich aufgeführt werden.
Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor 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 AFR des Abgases zu bestimmen, ein Abgastemperatursignal (exhaust gas temperature signal - EGT) von einem Temperatursensor 158, der an den Abgaskanal 135 gekoppelt ist, ein Profilzündungsaufnahmesignal (PIP-Signals) (Profile Ignition Pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist, eine Drosselstellung (throttle position - TP) von einem Drosselstellungssensor, 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 erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen.
Basierend auf Eingaben von einem oder mehreren der vorstehend genannten Sensoren kann die Steuerung 12 einen oder mehrere Aktoren einstellen, wie etwa die Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung 66, die Drossel 62, den Vorkammerzünder 192, die 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 basierend auf Anweisungen oder einem Code auslösen, die/der darin programmiert sind/ist und einem oder mehreren Programmen entsprechen/entspricht, wofür ein Beispiel unter Bezugnahme auf 8 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 anderen 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 in dieser Schrift auch als elektrischer Motor bezeichnet werden. Die elektrische Maschine 161 nimmt elektrische Leistung aus einer Traktionsbatterie 170 auf, um Drehmoment an den Fahrzeugrädern 160 bereitzustellen. Die elektrische Maschine 161 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsvorgangs 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, einschließlich als ein Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Somit kann jeder Zylinder gleichermaßen einen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, (eine) Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), eine Zündvorrichtung 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 Zylinder. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 130 beschrieben und dargestellt 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 einstellbaren Vorkammerkappe 234 in einer ersten Position 205, in der ein Volumen der Vorkammer 188 kleiner ist, und zeigt 2B den Vorkammerzünder 192 mit der einstellbaren Vorkammerkappe 234 in einer zweiten Position 215, in der das Volumen der Vorkammer 188 größer ist.
Wie in 2A und 2B gezeigt und vorstehend 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 mindestens Abschnitte der Außenfläche 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 einstellbare 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 Masse 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 einstellbare Vorkammerkappe 234 kann ein im Wesentlichen zylindrisches, mit einer Kappe versehenes Rohr sein, das eine durchgehende Wand, die parallel zu der Mittelachse 299 verläuft, und eine scheibenartige Basis aufweist, welche die Wand abdeckt und die im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse 299 verläuft. 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 einstellbaren Vorkammerkappe 234 einen kleineren Durchmesser als die Innenfläche 231 des Vorkammerkörpers 202 aufweist. Die scheibenartige Basis der einstellbaren 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 einstellbaren Vorkammerkappe 234. Ein Abstand zwischen einer oberen Fläche des Kolbens 136 und der unteren Außenfläche 237 ist größer, wenn sich die einstellbare Vorkammerkappe 234 in der ersten (eingezogenen) Position 205 aus 2A befindet, und kleiner, wenn sich die einstellbare Vorkammerkappe 234 in der zweiten (ausgefahrenen) Position 215 aus 2B befindet. Somit wird die einstellbare Vorkammerkappe 234 in der ersten Position 205 von dem Kolben 136 (und in Richtung des Zylinderkopfs 18) eingezogen und in der zweiten Position 215 in Richtung des Kolbens 136 (und von dem Zylinderkopf 18 weg) ausgefahren.
Die einstellbare 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 positionseinstellbare Vorkammerkappe 234 in eine Richtung einstellen, die parallel zu der Mittelachse 299 verläuft. 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 einstellbare Vorkammerkappe 234 gekoppelt sein und kann dadurch direkt auf die einstellbare Vorkammerkappe 234 wirken oder kann indirekt durch eine Verbindung, einen Nocken usw. an die einstellbare Vorkammerkappe gekoppelt sein. In dem gezeigten Beispiel ist die einstellbare 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 einstellbare Vorkammerkappe 234 übertragen werden. Der Aktor 225 kann die einstellbare 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 einstellbaren Vorkammerkappe 234 zwischen der ersten Position 205 und der zweiten Position 215 kontinuierlich variieren. Der Aktor 225 kann die einstellbare Vorkammerkappe 234 vertikal in der in 2A und 2B gezeigten Ausrichtung bewegen. In alternativen Ausführungsformen kann die einstellbare Vorkammerkappe 234 unter Umständen auf nicht lineare Weise bewegt werden. Beispielsweise kann die einstellbare 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 mit einer Außenfläche der Elektrode 204 steht. Ein Außenradius der Isolierung 206 kann kleiner als ein Innenradius der einstellbaren Vorkammerkappe 234 sein, was zu einem radialen Spalt zwischen der Isolierung 206 und der einstellbaren Vorkammerkappe 234 führt. Der radiale Spalt zwischen dem Vorkammerkörper 202 und der Isolierung 206 kann mindestens teilweise eine hohle ringförmige Vertiefung definieren, welche die Vorkammer 188 bildet. Demnach 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 Masseelektrode 210, die direkt an die Innenfläche 231 des Vorkammerkörpers 202 gekoppelt ist. Demnach ist die Masseelektrode 210 über einen Vorkammerkörper 202 indirekt an eine elektrische Masse gekoppelt. Ferner erstreckt sich die Masseelektrode 210 in dem gezeigten Beispiel in die Vorkammer 188 und überlappt eine horizontale Position der Elektrodenspitze 208. Ein vertikaler Spalt zwischen der Masseelektrode 210 und der Elektrodenspitze 208 bildet eine Funkenstrecke 240, die vollständig innerhalb der Vorkammer 188 positioniert ist. In dem gezeigten Beispiel erstreckt sich die Masseelektrode 210 über einen Schlitz 238 in der einstellbaren Vorkammerkappe 234 in die Vorkammer 188. Der Schlitz 238 kann bemessen sein, um es der einstellbaren 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 vorstehend angemerkt, ist das Volumen der Vorkammer 188 kleiner, wenn sich die einstellbare Vorkammerkappe 234 in der ersten Position 205 befindet, und ist dieses größer, wenn sich die einstellbare Vorkammerkappe 234 in der zweiten Position 215 befindet. Beispielsweise kann das Volumen der Vorkammer 188 das kleinste sein, wenn sich die einstellbare Vorkammerkappe 234 in der ersten Position 205 befindet, die eine vollständig eingezogene Position der einstellbaren Vorkammerkappe 234 sein kann, und das größte sein, wenn sich die einstellbare Vorkammerkappe 234 in der zweiten Position 215 befindet, die eine vollständig ausgefahrene Position der einstellbaren Vorkammerkappe 234 sein kann. Demnach ist ein Abstand 244 zwischen der unteren Innenfläche 236 der einstellbaren Vorkammerkappe 234 und der Masseelektrode 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 einstellbare 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 der Funkenstrecke 240 entzündet werden kann. Der Heißgas-/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 einstellbare 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. Demnach 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 einstellbare 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 einstellbaren Vorkammerkappe 234 aus 2A und 2B ist eine einstellbare 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) einstellbar. 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 eingezogene Position der einstellbaren Vorkammerkappe 334 sein, während die zweite Position 315 eine vollständig ausgefahrene Position der einstellbaren Vorkammerkappe 334 sein kann. Wie vorstehend in Bezug auf die einstellbare Vorkammerkappe 234 aus 2A und 2B beschrieben, kann die einstellbare Vorkammerkappe 334 mindestens in einigen Beispielen zwischen einer Vielzahl von Positionen zwischen der ersten Position 305 und der zweiten Position 315 einstellbar 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, mindestens in einigen Beispielen.
Der zweite Vorkammerzünder 300 mit variablem Volumen beinhaltet eine Masseelektrode 210, die direkt an eine scheibenartige Basis der einstellbaren Vorkammerkappe 334 gekoppelt ist, welche entlang der Mittelachse 299 mit der Elektrode 204 ausgerichtet ist. Wie gezeigt, ist die Masseelektrode 210 direkt an die untere Innenfläche 236 der einstellbaren Vorkammerkappe 334 gekoppelt. Demnach beinhaltet die einstellbare Vorkammerkappe 334 außerdem keinen Schlitz 238, der in der einstellbaren Vorkammerkappe 234 aus 2A und 2B vorhanden ist. Da die Masseelektrode 210 direkt an die untere Innenfläche 236 der einstellbaren Vorkammerkappe 334 gekoppelt ist, variiert ebenfalls ein Abstand 346 zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Masseelektrode 210, wenn die einstellbare Vorkammerkappe 334 zwischen der ersten Position 305 und der zweiten Position 315 eingestellt wird. Demnach ist der Abstand 346, der eine Länge der Funkenstrecke 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). Die größere Funkenstrecke 240 in der zweiten Position 315 (siehe 3B) kann die Zündfähigkeit bei leichten Lasten erhöhen, wobei es sich außerdem um einen Zeitpunkt handelt, zu dem für eine größere Verbrennungsstabilität ein größeres Vorkammervolumen erwünscht ist, wie vorstehend in Bezug auf 2B beschrieben.
Es versteht sich, dass in anderen Beispielen die Länge (z. B. Größe) der Funkenstrecke 240 unabhängig von dem Volumen der Vorkammer 188 eingestellt werden kann. Zum Beispiel kann die Masseelektrode 210 durch einen zweiten Aktor betätigt werden, der sich von dem Aktor 225 unterscheidet.
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 mindestens einem Beispiel jeweils als einander direkt berührend oder direkt aneinandergekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die zusammenhängend oder benachbart zueinander gezeigt sind, mindestens in einem Beispiel zusammenhängen bzw. benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in einem Flächen teilenden Kontakt zu einander liegen als in Flächen teilendem Kontakt bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich dazwischen nur ein Zwischenraum befindet und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel derart bezeichnet werden. In einem anderen Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander dargestellt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren dargestellt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in mindestens einem Beispiel als „Oberteil“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als „Unterteil“ der Komponente bezeichnet werden. Im vorliegenden Zusammenhang kann sich Oberteil/Unterteil, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und verwendet werden, um die Anordnung von Elementen der Figuren in Relation zueinander zu beschreiben. Demnach sind in einem Beispiel Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein anderes Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren abgebildet sind, als diese Formen (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen) aufweisend bezeichnet werden. Ferner können Elemente, die einander schneidend gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel als einander schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Noch ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements gezeigt ist oder außerhalb 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. Demnach 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 eine Funkenstrecke 240 an die Masseelektrode 210 gekoppelt. Die Masseelektrode 210 ist an eine elektrische Masse 402 gekoppelt. Beispielsweise kann die Masseelektrodenspitze 218 an den Vorkammerkörper 202 (siehe 2A und 2B) oder an die einstellbare Vorkammerkappe 334 (siehe 3A und 3B) gekoppelt sein, die elektrisch geerdet sein können. Somit ist die Elektrode 204 nur dann elektrisch an die elektrische Masse 402 gekoppelt, wenn ein Spannungsunterschied zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Masseelektrode 210 größer als ein Schwellenspannungsunterschied ist, der ausreicht, um die Funkenstrecke 240 zu überqueren.
Als ein Beispiel kann, wenn der Raum zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Masseelektrode 210 (z. B. die erste Funkenstrecke 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 einem Abstand zwischen Anschlüssen und von physikalischen 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 Masseelektrode 210 strömt. Wenn der Spannungsunterschied zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Masseelektrode 210 den Schwellenspannungsunterschied überschreitet (z. B., wenn der Spannungsunterschied zwischen der Elektrodenspitze 208 und der Masseelektrode 210 die Durchbruchsspannung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Funkenstrecke 240 überschreitet), kann ein Strom über die Funkenstrecke 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 die Funkenstrecke 240 angelegt wird, der Funken an der Funkenstrecke 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 Masseelektrode 210 und der elektrischen Masse 402 mit der Erde verbunden ist. Wenn die Masseelektrode 210 mit der elektrischen Masse 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 Masseelektrode 210 den Schwellenspannungsunterschied (z. B. die Durchbruchsspannung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Funkenstrecke 240) überschreiten, und somit kann Strom von der Elektrode 204 über die Funkenstrecke 240 zu der Masseelektrode 210 fließen, wodurch ein Funken in der Vorkammer erzeugt wird, der eine Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer erzeugt. Zündflammen- und Heißluftstrahlen 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 jetziger Bezugnahme auf 5 zeigt ein erstes Diagramm 500 beispielhafte Beziehungen zwischen einer Motorlast (horizontale Achse) und einem Vorkammervolumen (vertikale Achse) eines Vorkammerzünders mit variablem Volumen bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Motordrehzahlen, und ein zweites Diagramm 505 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen Motorleistung (horizontale Achse) und dem Vorkammervolumen (vertikale Achse). Der Vorkammerzünder mit variablem Volumen kann zum Beispiel der Vorkammerzünder 200 mit variablem Volumen aus 2A und 2B oder der Vorkammerzünder 300 mit variablem Volumen aus 3A und 3B sein.
Unter Bezugnahme auf das erste Diagramm 500 zeigt ein Verlauf 502 das optimale Vorkammervolumen gegenüber der Motorlast für eine erste, niedrigste Motordrehzahl (z. B. 1000 U/min), zeigt ein Verlauf 504 das optimale Vorkammervolumen gegenüber der Motorlast für eine zweite, höhere Motordrehzahl (z. B. 2000 U/min) und zeigt ein Verlauf 506 das optimale Vorkammervolumen gegenüber der Motorlast für eine dritte, höchste Motordrehzahl (z B. 3000 U/min). In dem gezeigten Beispiel sind die Verläufe 502, 504 und 506 nichtlinear und weisen jeweils eine ähnlich geformte Kurve auf, obwohl andere Beziehungen, die ein Verringern des Vorkammervolumens beinhalten, wenn sich die Motorlast erhöht, ebenfalls möglich sind.
Für jeden der Verläufe 502, 504 und 506 verringert sich das optimale Vorkammervolumen, wenn sich die Motorlast verringert. Ferner ist für eine gegebene Motorlast das optimale Vorkammervolumen für höhere Motordrehzahlen geringer. Als veranschaulichende Beispiele ist bei einer ersten, niedrigeren Motorlast L 1 das optimale Vorkammervolumen für die erste, niedrigste Motordrehzahl (Verlauf 502) größer als das optimale Vorkammervolumen für die zweite, höhere Motordrehzahl (Verlauf 504), welches größer als das optimale Vorkammervolumen für die dritte, höchste Motordrehzahl ist (Verlauf 506). Da sich die Verläufe nicht kreuzen oder schneiden, wird der gleiche Trend bei einer zweiten, höheren Motorlast L2 beobachtet. Ferner ist für jede Motordrehzahl das optimale Vorkammervolumen bei L1 relativ zu L2 größer.
Da sich das Vorkammervolumen sowohl verringert, wenn sich sowohl die Motorlast als auch die Motordrehzahl erhöht, zeigt das zweite Diagramm 505 einen Verlauf 508, der einen Trend zwischen dem optimalen Vorkammervolumen und der Motorleistung zusammenfasst. Wie durch Verlauf 508 gezeigt, verringert sich das optimale Vorkammervolumen, wenn sich die Motorleistung erhöht. Der Druck baut sich schneller in einer Vorkammer mit kleinerem Volumen auf und Strahlen von Flammen und heißen Verbrennungsgasen (z. B. Zündstrahlen) können mit einer höheren Geschwindigkeit aus der Vorkammer mit kleinerem Volumen austreten. Somit kann die Vorkammer mit kleinerem Volumen einer Hauptbrennkammer eine schnellere, robustere Zündung bereitstellen. Infolgedessen kann die Motorleistung beispielsweise durch den Betrieb näher am MBT-Zündzeitpunkt und mit hoher Zylindereffizienz erhöht werden. Auf diese Weise kann das Vorkammervolumen in Bezug auf die Motorlast, die Motordrehzahl und/oder die Motorleistung gesteuert werden.
Unter jetziger Bezugnahme auf 6 zeigt ein erstes Diagramm 600 beispielhafte Beziehungen zwischen einer Motorlast (horizontale Achse) und einem Vorkammervolumen (vertikale Achse) eines Vorkammerzünders mit variablem Volumen bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen, und ein zweites Diagramm 605 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen Motorleistung (horizontale Achse) und dem Vorkammervolumen (vertikale Achse) bei den unterschiedlichen Betriebstemperaturen. Der Vorkammerzünder mit variablem Volumen kann zum Beispiel der Vorkammerzünder 200 mit variablem Volumen aus 2A und 2B oder der Vorkammerzünder 300 mit variablem Volumen aus 3A und 3B sein. In einem Beispiel sind die unterschiedlichen Betriebstemperaturen Vorkammerwandtemperaturen. In einem anderen Beispiel sind die unterschiedlichen Betriebstemperaturen Ansauglufttemperaturen. In noch einem anderen Beispiel sind die unterschiedlichen Betriebstemperaturen Motortemperaturen.
Unter Bezugnahme auf das erste Diagramm 600 zeigt ein Verlauf 602 das optimale Vorkammervolumen gegenüber der Motorlast für eine erste, niedrigere Betriebstemperatur (z. B. 20 °C) und zeigt ein Verlauf 604 das optimale Vorkammervolumen gegenüber der Motorlast für eine zweite, höhere Betriebstemperatur (z. B. 90 °C). In dem gezeigten Beispiel sind die Verläufe 602 und 604 nichtlinear und weisen jeweils eine ähnlich geformte Kurve auf, obwohl andere Beziehungen, die ein Verringern des Vorkammervolumens beinhalten, wenn sich die Motorlast erhöht, ebenfalls möglich sind.
Für jeden der Verläufe 602 und 604 verringert sich das optimale Vorkammervolumen, wenn sich die Motorlast verringert. Ferner ist für eine gegebene Motorlast das optimale Vorkammervolumen für eine höhere Betriebstemperatur geringer. Als veranschaulichende Beispiele ist bei einer ersten, niedrigeren Motorlast L 1 das optimale Vorkammervolumen für die erste, niedrigere Betriebstemperatur (Verlauf 602) größer als das optimale Vorkammervolumen für die zweite, höhere Betriebstemperatur (Verlauf 604). Da sich die Verläufe nicht kreuzen oder schneiden, wird der gleiche Trend bei einer zweiten, höheren Motorlast L2 beobachtet. Ferner ist für jeden der Verläufe 602 und 604 das optimale Vorkammervolumen bei L1 relativ zu L2 größer.
Das zweite Diagramm 605 zeigt Verläufe 608 und 610, die jeweils eine Beziehung zwischen dem optimalen Vorkammervolumen und der Motorleistung bei einer gegebenen Betriebstemperatur zeigen. Der Verlauf 608 zeigt die Beziehung zwischen der Motorleistung und dem Vorkammervolumen bei der ersten, niedrigeren Betriebstemperatur, und der Verlauf 610 zeigt die Beziehung zwischen der Motorleistung und dem Vorkammervolumen bei der zweiten, höheren Betriebstemperatur.
Wie durch die Verläufe 608 und 610 gezeigt, verringert sich das optimale Vorkammervolumen, wenn sich die Motorleistung erhöht. Ferner ist für eine gegebene Motorleistung das optimale Vorkammervolumen bei der niedrigeren Betriebstemperatur (Verlauf 608) relativ zu der höheren Betriebstemperatur (Verlauf 610) größer. Zum Beispiel erhöht sich optimale Vorkammervolumen, wenn sich der Betrieb verringert, um die Flammenkemerstickung zu reduzieren, die auftreten kann, wenn die Temperatur niedriger ist. Auf diese Weise kann das Vorkammervolumen in Bezug auf die Motorlast, die Betriebstemperatur und/oder die Motorleistung gesteuert werden.
Als nächstes zeigt 7 ein Diagramm 700 einer beispielhaften Beziehung zwischen einer Größe einer Funkenstrecke innerhalb eines Vorkammerzünders mit variablem Volumen und einer Zündenergie und/oder Zünddauer, die zur Zündung verwendet werden. Insbesondere kann die Größe der Funkenstrecke innerhalb des Vorkammerzünders mit variablem Volumen variieren, wie etwa bei dem Vorkammerzünder 300 mit variablem Volumen aus 3A und 3B. Die horizontale Achse stellt die Funkenstreckengröße dar (z. B. den Abstand 346 aus 3A und 3B), wobei sich die Funkenstreckengröße entlang der horizontalen Achse von links nach rechts erhöht. Die vertikale Achse stellt die Zündenergie und/oder die Zünddauer dar, wobei sich die Größe der Zündenergie und/oder der Zünddauer entlang der vertikalen Achse von unten nach oben erhöht. Das heißt, eine oder beide der Zündenergie und der Zünddauer können basierend auf der Funkenstreckengröße für ein gegebenes Zündereignis eingestellt werden.
Wie durch einen Verlauf 702 gezeigt, wird die Zündenergie und/oder die Zünddauer erhöht, wenn sich die Funkenstreckengröße erhöht. Wie vorstehend in Bezug auf 4 erläutert, tritt ein Funken in der Funkenstrecke (z. B. zwischen einer Elektrodenspitze und einer Masseelektrode) auf, wenn eine Spannungsdifferenz über die Funkenstrecke eine Durchbruchsspannung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Funkenstrecke überschreitet. Die Durchbruchsspannung kann sich zum Beispiel mit zunehmender Funkenstreckengröße erhöhen, was durch das Erhöhen der Zündenergie und/oder der Zünddauer kompensiert werden kann. Wie durch den Verlauf 702 gezeigt, kann die Beziehung zwischen der Größe der Funkenstrecke und der Zündenergie und/oder der Zünddauer linear sein. Andere Formen sind jedoch möglich. Zum Beispiel kann der Verlauf 702 nichtlinear, stufenförmig oder eine andere Art von Kurve sein, wobei sich die Zündenergie und/oder die Zünddauer mit zunehmender Funkenstreckengröße erhöht.
Unter jetziger Bezugnahme auf 8 ist ein beispielhaftes Verfahren 800 zum Betreiben eines Vorkammerzünders mit variablem Volumen zum Bereitstellen einer Zündung an einen Zylinder gezeigt. Zum Beispiel kann das Betreiben der Vorkammerzündvorrichtung mit variablem Volumen das Einstellen einer Position einer einstellbaren Vorkammerkappe basierend auf Motorbetriebsbedingungen beinhalten. Wie in 1-3B veranschaulicht, kann sich der Vorkammerzünder mit variablem Volumen in einem Totraum des Zylinders befinden und kann eine Funkenstrecke innerhalb einer Vorkammer beinhalten. Der 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 800 in anderen Systemen angewendet werden kann, die einen Vorkammerzünder mit variablem Volumen beinhalten. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 800 können durch eine Steuerung, wie etwa die Steuerung 12 aus 1, basierend auf Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, 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 gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen. Das Verfahren 800 wird in Bezug auf ein einzelnes Paar aus einem Zylinder und einer Vorkammer mit variablem Volumen beschrieben, wenngleich das Verfahren 800 gleichzeitig für eine Vielzahl von Zylindern in einem Mehrzylindermotor durchgeführt werden kann.
Bei 802 beinhaltet das Verfahren 800 das Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen können zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Motordrehzahl, eine Motorlast, ein Zylinder-LKV, ein Abgas-LKV, eine Motortemperatur, eine Ansauglufttemperatur, eine Gaspedalposition, eine Bremspedalposition und eine Abgastemperatur beinhalten. Die Betriebsbedingungen können durch einen oder mehrere Sensoren gemessen werden, die kommunikativ an die Steuerung gekoppelt sind, oder können basierend auf verfügbaren Daten abgeleitet werden. Beispielsweise kann die Steuerung die Motorlast durch Eingeben einer Drosselposition und eines Messwertes eines Luftmassenstromsensors (MAF-Sensors) in ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Kennfelder oder Funktionen schätzen, welche die Motorlast ausgeben können. Als ein anderes Beispiel kann die Motortemperatur durch einen Motorkühlmitteltemperatursensor, wie etwa den ECT-Sensor 112 aus 1 gemessen werden. Ferner kann eine Vorkammerwandtemperatur anhand der Motortemperatur angenähert werden. Als noch ein anderes 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 angeforderte Menge an Motordrehmoment angeben. Noch ferner kann die Motorleistung als ein Produkt des Motordrehmoments und der Motordrehzahl bestimmt werden.
Bei 804 beinhaltet das Verfahren 800 das Einstellen eines Volumens einer Vorkammer des Vorkammerzünders mit variablem Volumen basierend auf den Betriebsbedingungen (z. B. den bei 802 geschätzten/gemessenen Betriebsbedingungen). Insbesondere kann, wenn die Motorlast niedrig ist 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 beinhaltet das Einstellen des Volumens der Vorkammer basierend auf den Betriebsbedingungen das Erhöhen des Vorkammervolumens, wenn sich die Motordrehzahl und -last verringern, wie bei 806 angegeben. Zum Beispiel kann das Volumen der Vorkammer in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und -last eingestellt werden. Als ein Beispiel kann die Steuerung die Motordrehzahl und die Motorlast in eine Lookup-Tabelle, einen Algorithmus oder ein Kennfeld (z. B. das Diagramm 500 aus 5) eingeben, die das Volumen der Vorkammer zur Verwendung bei der gegebenen Motordrehzahl und -last ausgeben können. Die Steuerung kann dann die Vorkammerkappe über einen Aktor (z. B. den Aktor 225 aus 2A-3B) auf eine Position einstellen, die dem bestimmten Vorkammervolumen entspricht. Um zum Beispiel das Vorkammervolumen zu erhöhen, kann die Steuerung die Vorkammerkappe in Richtung einer ausgefahrenen Position einstellen, indem sie die Vorkammerkappe in eine erste Richtung bewegt. In der ausgefahrenen Position (z. B. der zweiten Position 215 aus 2B oder der zweiten Position 315 aus 3B) wird die Vorkammerkappe relativ zu einem Körper der Vorkammer, der an den Zylinder gekoppelt ist und sich weiter in die Hauptbrennkammer des Zylinders hinein erstreckt, herausgedrückt, wodurch das Volumen innerhalb der Vorkammer erhöht wird. In einigen Beispielen kann die Vorkammerkappe 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 sich die Motorlast und/oder Motordrehzahl weiter verringert, bis die vollständig ausgefahrene Position mit maximalem Volumen erreicht ist.
Umgekehrt kann die Steuerung das Vorkammervolumen verringern, wenn sich die Motordrehzahl bei einer gegebenen Motorlast erhöht oder sich die Motorlast erhöht. Um das Vorkammervolumen zu erhöhen, kann die Steuerung die Vorkammerkappe in Richtung einer eingezogenen Position einstellen, indem zum Beispiel die Vorkammerkappe in eine zweite Richtung bewegt wird, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. In der eingezogenen 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 Grad in die Hauptbrennkammer des Zylinders erstreckt, wodurch das Volumen innerhalb der Vorkammer verringert wird. In einigen Beispielen kann die Vorkammerkappe auf eine vollständig eingezogene Position eingestellt werden, in der das Vorkammervolumen bei einem minimalen Volumen liegt. In anderen Beispielen kann die Vorkammerkappe bis zu einem weiteren Grad eingezogen werden, wenn sich die Motorlast und/oder Motordrehzahl weiter über die Schwellenlast erhöht, bis die vollständig eingezogene Position mit minimalem Volumen erreicht ist.
Zusätzlich oder alternativ dazu beinhaltet das Einstellen des Volumens der Vorkammer basierend auf den Betriebsbedingungen das Erhöhen des Vorkammervolumens, wenn sich eine Betriebstemperatur verringert, wie bei 808 angegeben. Zum Beispiel kann die Betriebstemperatur kann zum Beispiel die Motortemperatur, die Ansauglufttemperatur und/oder die ungefähre Vorkammerwandtemperatur sein. Bei einer gegebenen Motordrehzahllast kann das Vorkammervolumen erhöht werden, wenn sich die Ansauglufttemperatur verringert und wenn sich die ungefähre Vorkammerwandtemperatur verringert. Die Steuerung kann die Motordrehzahl, die Motorlast und die Betriebstemperatur in eine Lookup-Tabelle, einen Algorithmus oder ein Kennfeld (z. B. das Diagramm 600 aus 6) eingeben, die das Volumen der Vorkammer zur Verwendung für die Ansauglufttemperatur und/oder die ungefähre Vorkammerwandtemperatur bei der gegebenen Drehzahl und Last ausgeben können. Zum Beispiel kann die Vorkammerkappe weiter ausgefahren werden, wenn sich die Betriebstemperatur verringert, bis die vollständig ausgefahrene Position mit maximalem Volumen erreicht ist, und weiter eingezogen werden, wenn sich die Betriebstemperatur erhöht, bis die vollständig eingezogene Position mit minimalem Volumen erreicht ist, wie vorstehend in Bezug auf die Motordrehzahl und -last beschrieben.
Zusätzlich oder alternativ dazu beinhaltet das Einstellen des Volumens der Vorkammer basierend auf den Betriebsbedingungen das Erhöhen des Vorkammervolumens, wenn sich die Motorleistung verringert, wie bei 809 angegeben. Zum Beispiel kann die Steuerung die Motorleistung in eine Lookup-Tabelle, einen Algorithmus oder ein im Speicher gespeichertes Kennfeld (z. B. das Diagramm 505 aus 5 oder das Diagramm 605 aus 6) eingeben, die das Volumen der Vorkammer zur Verwendung für die gegebene Motorleistung ausgeben können. In einigen Beispielen kann die Steuerung ferner die Betriebstemperatur berücksichtigen, wie etwa durch Bezugnahme auf eine andere Abhängigkeit oder einen anderen Verlauf für unterschiedliche Betriebstemperaturen. Zum Beispiel kann die Vorkammerkappe weiter ausgefahren werden, wenn sich die Motorleistung verringert, bis die vollständig ausgefahrene Position mit maximalem Volumen erreicht ist, und weiter eingezogen werden, wenn sich die Motorleistung erhöht, bis die vollständig eingezogene Position mit minimalem Volumen erreicht ist, wie vorstehend in Bezug auf die Motordrehzahl und -last beschrieben.
Bei 810 beinhaltet das Verfahren 800 das Bereitstellen eines Zündfunkens in der Vorkammer über eine Elektrode (z. B. die Elektrode 204 aus 2A-4) zu einem Zeitpunkt, der basierend auf den 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) gemäß 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. dem in 1 und 4 gezeigten 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 anderen Beispiel kann die Lookup-Tabelle, der Algorithmus oder das Kennfeld bereits das variierende Vorkammervolumen über die Betriebsbedingungen hinweg berücksichtigen, da das Vorkammervolumen basierend auf den Betriebsbedingungen eingestellt werden kann.
In Beispielen, in denen eine Masseelektrode direkt an die Vorkammerkappe gekoppelt ist, wird durch die Position der Vorkammerkappe auch eine Funkenstreckengröße innerhalb der Vorkammer variiert. In derartigen Beispielen beinhaltet das Verfahren 800 das Einstellen einer Zündenergie und/oder Zünddauer basierend auf der Funkenstreckengröße, wie optional bei 812 angegeben. Beispielsweise können/kann die Zündenergie und/oder die Zünddauer erhöht werden, wenn sich die Funkenstreckengröße erhöht (z. B. die Vorkammerkappe weiter ausgefahren wird) und verringert werden, wenn sich die Funkenstreckengröße verringert (z. B. die Vorkammerkappe weiter eingezogen wird). Die Steuerung kann die Zündenergie und/oder die Zünddauer basierend auf der Position der Vorkammerkappe und/oder des Volumens der Vorkammer direkt bestimmen, wie etwa durch das Eingeben der Position und/oder des Volumens in eine Lookup-Tabelle, einen Algorithmus oder ein Kennfeld, die/der/das im Speicher gespeichert ist (z. B. das Diagramm 700 aus 7). Wenn eine hohe Zündenergie und/oder eine lange Zünddauer aufgrund einer kleineren Funkenstrecke 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 Zünddauer erregen, um dem Zylinder bei einem beliebigen Vorkammervolumen zwischen dem minimalen Volumen und dem maximalen Volumen und einschließlich dieser robust eine Zündung bereitzustellen. Das Verfahren 800 kann dann enden.
Unter jetziger Bezugnahme auf 9 ist eine prophetische beispielhafte Zeitachse 900 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 einzelne Vorkammer in 9 gezeigt sind, versteht es sich, dass der Zylinder in einem Mehrzylindermotorsystem beinhaltet sein kann, und ähnliche Einstellungen für die Vorkammer jedes Zylinders durchgeführt werden können. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist durch einen Verlauf 902 gezeigt, eine Motordrehzahl ist in einem Verlauf 904 gezeigt, eine Motorlast ist in einem Verlauf 906 gezeigt, eine Vorkammerwandtemperatur des Vorkammerzünders mit variablem Volumen ist in einem Verlauf 908 gezeigt und ein Vorkammervolumen des Vorkammerzünders mit variablem Volumen ist in einem Verlauf 910 gezeigt. Für alles vorstehend 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 beschrifteten Parameter dar, wobei sich eine Größe des Parameters entlang der vertikalen Achse von unten nach oben erhöht. Ferner ist für Verlauf 910 das Vorkammervolumen in Bezug auf ein maximales Volumen („Maximum“) und ein minimales Volumen („Minimum“), wie beschriftet, gezeigt.
Zu einem Zeitpunkt t0 wird der Motor gestartet. Da der Motor kürzlich nicht betrieben wurde, liegt eine Kaltstartbedingung vor und die Vorkammerwandtemperatur (Verlauf 908) ist niedrig. Das Fahrzeug bleibt im Ruhezustand (Verlauf 902) und somit wird der Motor mit einer niedrigen (z. B. Leerlauf-) Motordrehzahl (Verlauf 904) und -last (Verlauf 906) betrieben. Aufgrund der niedrigen Vorkammerwandtemperatur und der niedrigen Motordrehzahl gleicht sich eine geringe Zündfähigkeit in der Vorkammer durch anfängliches Betreiben der Vorkammer mit dem maximalen Volumen (Verlauf 910) zum Zeitpunkt t0 aus. Wenn sich der Motor zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1 durch den Leerlauf erwärmt, erhöht sich die Vorkammerwandtemperatur (Verlauf 908). Als Reaktion darauf wird das Vorkammervolumen von dem Maximum (Verlauf 910) proportional zur Erhöhung der Vorkammerwandtemperatur verringert.
Zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 wird das Fahrzeug beschleunigt (Verlauf 902). Während der Fahrzeugbeschleunigung werden die Motordrehzahl (Verlauf 904) und die Motorlast (Verlauf 906) beide erhöht. Ferner erhöht sich die Vorkammerwandtemperatur während des Betriebs bei der höheren Motordrehzahl und -last weiter (Verlauf 908). Als Reaktion darauf wird das Vorkammervolumen auf nahe dem Mindestvolumen verringert (Verlauf 910), um dem Motor eine schnellere, robustere Zündung bereitzustellen.
Zum Zeitpunkt t2 erreicht die Fahrzeuggeschwindigkeit (Verlauf 902) eine Reisegeschwindigkeit. Während der Fahrzeugfahrt zwischen dem Zeitpunkt t2 und Zeitpunkt t3 verringern sich die Motordrehzahl (Verlauf 904) und die Motorlast (Verlauf 906) relativ zu dem Zeitraum während der Fahrzeugbeschleunigung, bleiben jedoch über der Leerlaufdrehzahl und -last (z. B. vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1). Ferner verringert sich die Vorkammerwandtemperatur (Verlauf 908) geringfügig aufgrund der verringerten Motordrehzahl und -last. Als Reaktion auf die verringerte Motordrehzahl, die verringerte Motorlast und die verringerte Vorkammerwandtemperatur wird das Vorkammervolumen erhöht, bleibt jedoch näher an dem minimalen Volumen als dem maximalen Volumen (Verlauf 910).
Zum Zeitpunkt t3 beginnt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Verlauf 902) sich zu verringern. Als Reaktion auf die sich verringernde Fahrzeuggeschwindigkeit verringern sich die Motordrehzahl (Verlauf 904) und die Motorlast (Verlauf 906) ungefähr auf die Leerlaufdrehzahl. Ferner verringert sich die Vorkammerwandtemperatur (Verlauf 908) geringfügig aufgrund der verringerten Motordrehzahl und -last. Als Reaktion auf die weiter verringerte Motordrehzahl, die weiter verringerte Motorlast und die weiter verringerte Vorkammerwandtemperatur wird das Vorkammervolumen erhöht, bleibt jedoch näher an dem maximalen Volumen als dem minimalen Volumen (Verlauf 910).
Auf diese Weise wird eine robuste Vorkammerzündung über einen größeren Bereich von Betriebsbedingungen relativ zu einer Vorkammer mit fester Geometrie bereitgestellt. Durch das Einbeziehen einer einstellbaren Vorkammerkappe zum Variieren des Vorkammervolumens (und in einigen Beispielen der Funkenstreckengröße) kann die Vorkammer zuverlässig bei niedrigen Motordrehzahlen und -lasten (z. B. Motorleistungen) und -temperaturen betrieben werden, während Kosten und Größe des Vorkammerzünders relativ zu aktiven Vorkammern, die eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzvorrichtung innerhalb der Vorkammer beinhalten, geringer sind. Aufgrund der kleineren Größe (des Durchmessers) der in dieser Schrift beschriebenen Vorkammer mit variablem Volumen relativ 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 die passive Vorkammer mit variablem Volumen über eine Reihe von Betriebsbedingungen ein Auftreten von Fehlzündungen verringert werden, während die Motoreffizienz erhöht werden kann.
Der technische Effekt des Variierens eines Volumens innerhalb einer Vorkammer über eine einstellbare Kappe basierend auf Betriebsbedingungen besteht darin, dass ein Auftreten von Zylinderfehlzündung bei niedrigeren Motorlasten und -temperatur verringert wird, während eine Motoreffizienz erhöht wird.
In einem Beispiel umfasst ein Verfahren Folgendes: Einstellen eines Innenvolumens eines Vorkammerzünders basierend auf mindestens einer Fahrzeuglast durch das Einstellen einer Position einer Kappe des Vorkammerzünders, wobei der Vorkammerzünder eine Vielzahl von Öffnungen beinhaltet, die das Innenvolumen fluidisch an eine Hauptbrennkammer eines Zylinders eines Motors koppelt. In einem ersten Beispiel für das Verfahren umfasst das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders basierend auf mindestens der Motorlast Folgendes: das Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Motorlast verringert, und das Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Motorlast erhöht. In einem zweiten Beispiel für das Verfahren, das optional das erste Beispiel beinhaltet, umfasst das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders basierend auf mindestens der Motorlast ferner Folgendes: das Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich eine Drehzahl des Motors bei einer gegebenen Motorlast verringert, und das Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Drehzahl des Motors bei der gegebenen Motorlast erhöht. In einem dritten Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder beide von dem ersten und dem zweiten Beispiel beinhaltet, umfasst das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders basierend auf mindestens der Motorlast ferner Folgendes: das Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich eine Betriebstemperatur bei einer gegebenen Motorlast verringert, und das Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Betriebstemperatur bei der gegebenen Motorlast erhöht. In einem vierten Beispiel für das Verfahren, das optional ein beliebiges oder alle des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, ist die Betriebstemperatur eine oder mehrere von einer Ansauglufttemperatur, einer Temperatur des Motors und einer Temperatur einer Wand des Vorkammerzünders. In einem fünften Beispiel für das Verfahren, das optional das erste bis vierte Beispiel beinhaltet, umfasst das Einstellen der Position der Kappe des Vorkammerzünders Folgendes: weiteres Ausfahren der Kappe in Richtung eines Kolbens des Zylinders, um das Innenvolumen des Vorkammerzünders zu erhöhen, bis ein maximales Innenvolumen des Vorkammerzünders an einer vollständig ausgefahrenen Position der Kappe erreicht ist, und weiteres Einziehen der Kappe weg von dem Kolben des Zylinders, um das Innenvolumen des Vorkammerzünders bis zu einem minimalen Innenvolumen des Vorkammerzünders an einer vollständig eingezogenen Position der Kappe erreicht wird. In einem sechsten Beispiel für das Verfahren, das optional ein beliebiges oder alle des ersten bis fünften Beispiels beinhaltet, verringert sich ein Abstand zwischen einer unteren Innenfläche der Kappe und einer Elektrode des Vorkammerzünders, wenn die Kappe weiter eingezogen wird. In einem siebten Beispiel fpr das Verfahren, das optional ein beliebiges oder alle des ersten bis sechsten Beispiels beinhaltet, ist eine Masseelektrode direkt an die untere Innenfläche der Kappe gekoppelt, und das Verfahren umfasst ferner das Erhöhen mindestens einer von einer Zündenergie und einer Zünddauer zum Betreiben der Elektrode des Vorkammerzünders, wenn die Kappe weiter ausgefahren wird. In einem achten Beispiel für das Verfahrens, das optional ein beliebiges oder alle des ersten bis siebten Beispiels beinhaltet, umfasst das Einstellen der Position der Kappe des Vorkammerzünders das lineare Einstellen der Position der Kappe in einer Richtung, die parallel zu einer Mittelachse des Vorkammerzünders verläuft. In einem neunten Beispiel für das Verfahren, das optional ein beliebiges oder alle des ersten bis achten Beispiels beinhaltet, umfasst das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders basierend auf mindestens der Motorlast Folgendes: das Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich eine Leistung des Motors verringert, bis das Innenvolumen des Vorkammerzünders ein maximales Volumen erreicht, und das Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Leistung des Motors erhöht, bis das Innenvolumen des Vorkammerzünders ein minimales Volumen erreicht.
Als ein anderes Beispiel umfasst ein Verfahren Folgendes: Verringern eines Innenvolumens eines an einen Zylinder eines Motors gekoppelten Vorkammerzünders als Reaktion auf eine Erhöhung einer oder mehrerer von einer Drehzahl des Motors, einer Last des Motors, einer Leistung des Motors und einer Betriebstemperatur durch Einstellen einer beweglichen Kappe des Vorkammerzünders in einer ersten Richtung und das Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders als Reaktion auf eine Verringerung einer oder mehrerer von der Drehzahl des Motors, der Last des Motors, der Leistung des Motors und der Betriebstemperatur durch das Einstellen der beweglichen Kappe in einer zweiten Richtung. In einem ersten Beispiel für das Verfahren ist die erste Richtung von einem Kolben des Zylinders weg und die zweite Richtung in Richtung des Kolbens des Zylinders. In einem zweiten Beispiel für das Verfahren, das optional das erste Beispiel beinhaltet, teilt die bewegliche Kappe das Innenvolumen des Vorkammerzünders von einem Innenvolumen des Zylinders ab und beinhaltet eine oder mehrere Öffnungen, die das Innenvolumen des Vorkammerzünders an das Innenvolumen des Zylinders koppelt. In einem dritten Beispiel für das Verfahren, das optional eines oder beide des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, ist die bewegliche Kappe linear in eine Richtung parallel zu einer Mittelachse des Vorkammerzünders bewegbar und ist die zweite Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung. In einem vierten Beispiel für das Verfahren, das optional das beliebige oder alle des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, bewegt sich eine untere Innenfläche der beweglichen Kappe näher an eine Elektrode des Vorkammerzünders, wenn die bewegliche Kappe in die erste Richtung eingestellt wird, und wobei eine Masseelektrode direkt an die untere Innenfläche der beweglichen Kappe gekoppelt ist. In einem fünften Beispiel für das Verfahren, das optional ein beliebiges oder alle des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, umfasst das Verfahren ferner Folgendes: das Verringern mindestens einer von einer Zündenergie und einer Zünddauer zum Betreiben der Elektrode, wenn die bewegliche Kappe in der ersten Richtung eingestellt wird, und das Erhöhen mindestens einer von der Zündenergie und der Zünddauer zum Betreiben der Elektrode, wenn die bewegliche Kappe in der zweiten Richtung eingestellt wird.
In noch einem anderen 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 in nichtransitorischem Speicher speichert, welche bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Einstellen einer Position der Kappe basierend auf einer Drehzahl des Motors, einer Last des Motors und einer Temperatur des Motors. In einem ersten Beispiel für das System umfasst die Kappe ein im Wesentlichen zylindrisches mit einer Kappe versehenes Rohr, das eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die das Innenvolumen des Vorkammerzünders mit variablem Volumen fluidisch an ein Innenvolumen des entsprechenden Zylinders koppelt, wobei sich das im Wesentlichen zylindrische mit einer Kappe versehene Rohr eine Mittelachse mit der Elektrode des Vorkammerzünders mit variablem Volumen teilt, und wobei zum Einstellen der Position der Kappe basierend auf der Drehzahl des Motors, der Last des Motors und der Temperatur des Motors die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet, die in nichttransitorischem Speicher gespeichert sind und die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Einstellen der Position der Kappe in Richtung einer ersten Position, in der das Innenvolumen des Vorkammerzünders mit variablem Volumen bei einem Maximum ist, wenn sich mindestens eine von der Drehzahl des Motors, der Last des Motors und der Temperatur des Motors verringert, und Einstellen der Position der Kappe in Richtung einer zweiten Position, in der das Innenvolumen des Vorkammerzünders mit variablem Volumen bei einem Minimum ist, wenn sich mindestens eine von der Drehzahl des Motors, der Last des Motors und der Temperatur des Motors erhöht. In einem zweiten Beispiel für das System, das optional das erste Beispiel beinhaltet, umfasst der Vorkammerzünder mit variablem Volumen ferner eine Masseelektrode, die an eine Innenfläche der Kappe gekoppelt ist, wobei die Masseelektrode entlang der Mittelachse mit der Elektrode ausgerichtet ist und von der Elektrode durch eine Funkenstrecke getrennt ist, und wobei eine Länge der Funkenstrecke größer ist, wenn sich die Kappe in der ersten Position relativ zu der zweiten Position befindet. In einem dritten Beispiel für das System, das optional eines oder beide des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, beinhaltet die Steuerung weitere Anweisungen, die in einem nichttransitorischen Speicher gespeichert sind, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Erhöhen mindestens einer von einer Zündenergie und einer Zünddauer zum Betätigen der Elektrode, wenn sich die Länge der Funkenstrecke erhöht.
Es ist zu beachten, dass die in dieser Schrift beinhalteten 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 nichttransitorischem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Betätigungselementen 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. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. 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 nichttransitorischem 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 Programme 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 Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen 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

Verfahren, umfassend: Einstellen eines Innenvolumens eines Vorkammerzünders basierend auf mindestens einer Fahrzeuglast durch das Einstellen einer Position einer Kappe des Vorkammerzünders, wobei der Vorkammerzünder eine Vielzahl von Öffnungen beinhaltet, die das Innenvolumen fluidisch an eine Hauptbrennkammer eines Zylinders eines Motors koppelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders basierend auf mindestens der Motorlast Folgendes umfasst: Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Motorlast verringert; und Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Motorlast erhöht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders basierend auf mindestens der Motorlast ferner Folgendes umfasst: Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich eine Drehzahl des Motors bei einer gegebenen Motorlast verringert; und Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Drehzahl des Motors bei der gegebenen Motorlast erhöht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders basierend auf mindestens der Motorlast ferner Folgendes umfasst: Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich eine Betriebstemperatur bei einer gegebenen Motorlast verringert; und Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Betriebstemperatur bei der gegebenen Motorlast erhöht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Betriebstemperatur eine oder mehrere von einer Ansauglufttemperatur, einer Temperatur des Motors und einer Temperatur einer Wand des Vorkammerzünders ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Position der Kappe des Vorkammerzünders Folgendes umfasst: weiteres Ausfahren der Kappe in Richtung eines Kolbens des Zylinders, um das Innenvolumen des Vorkammerzünders zu erhöhen, bis ein maximales Innenvolumen des Vorkammerzünders an einer vollständig ausgefahrenen Position der Kappe erreicht ist; und weiteres Einziehen der Kappe weg von dem Kolben des Zylinders, um das Innenvolumen des Vorkammerzünders zu verringern, bis ein minimales Innenvolumen des Vorkammerzünders an einer vollständig eingezogenen Position der Kappe erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei sich ein Abstand zwischen einer unteren Innenfläche der Kappe und einer Elektrode des Vorkammerzünders verringert, wenn die Kappe weiter eingezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Masseelektrode direkt an die untere Innenfläche der Kappe gekoppelt ist, und wobei das Verfahren ferner das Erhöhen mindestens einer von einer Zündenergie und einer Zünddauer zum Betreiben der Elektrode des Vorkammerzünders umfasst, wenn die Kappe weiter ausgefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Position der Kappe des Vorkammerzünders das lineare Einstellen der Position der Kappe in einer zu einer Mittelachse des Vorkammerzünders parallelen Richtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des Innenvolumens des Vorkammerzünders basierend auf mindestens der Motorlast Folgendes umfasst: Erhöhen des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich eine Leistung des Motors verringert, bis das Innenvolumen des Vorkammerzünders ein maximales Volumen erreicht, und Verringern des Innenvolumens des Vorkammerzünders, wenn sich die Leistung des Motors erhöht, bis das Innenvolumen des Vorkammerzünders ein minimales Volumen erreicht.
System, umfassend: 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 in nichttransitorischem Speicher speichert, welche bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Einstellen einer Position der Kappe basierend auf einer Drehzahl des Motors, einer Last des Motors und einer Temperatur des Motors.
System nach Anspruch 11, wobei die Kappe ein im Wesentlichen zylindrisches mit einer Kappe versehenes Rohr umfasst, das eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die das Innenvolumen des Vorkammerzünders mit variablem Volumen fluidisch an ein Innenvolumen des entsprechenden Zylinders koppelt, wobei sich das im Wesentlichen zylindrische mit einer Kappe versehene Rohr eine Mittelachse mit der Elektrode des Vorkammerzünders mit variablem Volumen teilt, und wobei zum Einstellen der Position der Kappe basierend auf der Drehzahl des Motors, der Last des Motors und der Temperatur des Motors die Steuerung ferner Anweisungen beinhaltet, die in nichttransitorischem Speicher gespeichert sind und die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Einstellen der Position der Kappe in Richtung einer ersten Position, in der das Innenvolumen des Vorkammerzünders mit variablem Volumen bei einem Maximum ist, wenn sich mindestens eine von der Drehzahl des Motors, der Last des Motors und der Temperatur des Motors verringert; und Einstellen der Position der Kappe in Richtung einer zweiten Position, in der das Innenvolumen des Vorkammerzünders mit variablem Volumen bei einem Minimum ist, wenn sich mindestens eine von der Drehzahl des Motors, der Last des Motors und der Temperatur des Motors erhöht.
System nach Anspruch 12, wobei der Vorkammerzünder mit variablem Volumen ferner eine Masseelektrode umfasst, die an eine Innenfläche der Kappe gekoppelt ist, wobei die Masseelektrode entlang der Mittelachse mit der Elektrode ausgerichtet ist und von der Elektrode durch eine Funkenstrecke getrennt ist, und wobei eine Länge der Funkenstrecke größer ist, wenn sich die Kappe in der ersten Position relativ zu der zweiten Position befindet.
System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet, die in nichttransitorischem Speicher gespeichert sind und die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Erhöhen mindestens einer von einer Zündenergie und einer Zünddauer zum Betätigen der Elektrode, wenn sich die Länge der Funkenstrecke erhöht.