DE102022131813A1

DE102022131813A1 - Systeme und verfahren für einstellbare vorkammer

Info

Publication number: DE102022131813A1
Application number: DE102022131813.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Leone; Michael Damian Czekala
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-06-07
Also published as: US11512624B1; CN116241365A

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für einen Motor bereitgestellt, der einen Motorzylinder, der an einen Zylinderkopf gekoppelt ist, und eine Vorkammer beinhaltet. Die Vorkammer beinhaltet ein erstes Ende proximal zu dem Zylinderkopf, eine Funkenstrecke und Vorkammerwände, die ein Innenvolumen, das ein Totvolumen beinhaltet, umschließen. Das Totvolumen beinhaltet das ganze Innenvolumen, das zwischen dem ersten Ende und der Funkenstrecke positioniert ist. Ein bewegbares Element ist in dem Innenvolumen positioniert und fluidisch an das Totvolumen gekoppelt, wobei Bewegen des bewegbaren Elements ein Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen ändert. Auf diese Weise können Verbrennungsbedingungen bei einer Vielzahl von Motorbedingungen verbessert werden.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Einstellen eines Vorkammervolumens.
Allgemeiner Stand der Technik
Eine Brennkraftmaschine kann ein Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb von Zylindern verbrennen, um Drehmoment zu erzeugen, das verwendet werden kann, um ein Fahrzeug anzutreiben. In einigen derartigen Motoren kann eine Zündquelle verwendet werden, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb jedes Zylinders während eines Verdichtungstakts zu zünden. Zum Beispiel kann in Fremdzündungsmotoren jeder Zylinder eine Zündkerze zum direkten Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb des Zylinders beinhalten. In anderen Beispielen kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders durch Heißgas- und Flammenstrahlen aus einer Vorverbrennungskammer gezündet werden, die in dieser Schrift als Vorkammer bezeichnet wird.
Eine passive Vorkammer kann eine umwandete Kammer sein, die im Schadvolumen des Zylinders liegt, und kann eine Zündkerze beinhalten. Während des Motorbetriebs wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder eingebracht und ein Anteil des Luft-Kraftstoff-Gemisches wird während eines Verdichtungstakts des Zylinders über eine Druckdifferenz 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 Anteil des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer gezündet wird. Nachdem der Anteil des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer gezündet ist, können Flammen- und Heißgasstrahlen aus der Vorkammer austreten und über ein oder mehrere Löcher in den Vorkammerwänden in den Zylinder eintreten. Diese Strahlen zünden das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder, um Drehmoment zu erzeugen.
Vorkammerzündung kann während einiger Motorbetriebsbedingungen Leistungsfähigkeits- und Wirkungsgradvorteile gegenüber einem traditionellen Fremdzündungsmotor bieten. Zum Beispiel kann ein Zylinder mit Vorkammerzündung mit größerer Verdünnung (z. B. stärkerer Abgasrückführung oder einem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis) alsein ähnlicher Zylinder eines traditionellen Fremdzündungsmotors betrieben werden, was zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch und niedrigeren Emissionen 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 Zeitspanne für das Auftreten von Klopfverbrennung reduzieren kann und dadurch erlauben kann, dass die Zündsteuerzeit weiter hin zu dem maximalen Bremsmoment (maximum brake torque - MBT) nach früh verstellt wird.
In einigen Beispielen für Vorkammern kann ein Serienfunkenstreckenzünder darin angeordnet sein. Der Serienfunkenstreckenzünder kann eine erste Funkenstrecke in einem ersten Volumen und eine zweite Funkenstrecke in einem zweiten Volumen beinhalten. Die zweite Funkenstrecke außerhalb der Vorkammer kann Zündung bei einem breiten Bereich von Bedingungen bereitstellen.
Kurzdarstellung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann eine passive Vorkammer ohne einen Serienfunkenstreckenzünder unter Umständen nicht über den gesamten Bereich von Motorbetriebsbedingungen zuverlässige Zündung bereitstellen. Somit kann ein Motor mit einer passiven Vorkammer eine zweite Zündkerze fordern, was die Kosten erhöht und den für Ventile, Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Kühlkanäle usw. verfügbaren Platz verringert. Als ein anderes Beispiel können sich die Elektroden des Serienfunkenstreckenzünders während einiger Motorbedingungen erwärmen. Die Elektrode des vorherigen Beispiels ist unter Umständen nicht dazu in der Lage, diese Wärme während Motorbedingungen mit höherer Leistung ausreichend abzuleiten, was zu heißen Stellen führt. Die heißen Stellen können eine unerwünschte Frühzündung verursachen, was die Motorleistungsausgabe und die Verbrennungsstabilität verringern kann. Ein wiederholtes Auftreten der heißen Stellen kann eine verbleibende Nutzungsdauer der Zündkerze reduzieren. Darüber hinaus kann eine Bauraumgröße des Serienfunkenstreckenzünders in einer Vorkammer größer als Vorkammern mit einer Zündvorrichtung sein, die nur eine Einzelfunkenstrecke beinhaltet.
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch einen Motor angegangen werden, der einen Motorzylinder, der an einen Zylinderkopf gekoppelt ist, und eine Vorkammer beinhaltet. Die Vorkammer beinhaltet ein erstes Ende proximal zu dem Zylinderkopf, eine Funkenstrecke und Vorkammerwände, die ein Innenvolumen, das ein Totvolumen beinhaltet, umschließen. Das Totvolumen beinhaltet das ganze Innenvolumen, das zwischen dem ersten Ende und der Funkenstrecke positioniert ist. Ein bewegbares Element ist in dem Innenvolumen positioniert und fluidisch an das Totvolumen gekoppelt, wobei Bewegen des bewegbaren Elements ein Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen ändert. Auf diese Weise kann ein technischer Effekt des Verbesserns der Verbrennungsbedingungen über eine Vielzahl von Motorbedingungen hinweg erreicht werden.
Als ein Beispiel wird das bewegbare Element als Reaktion auf eine Änderung einer Steuerzeit einer Einlassventilschließung (intake valve closing - IVC) eingestellt. Das bewegbare Element kann bewegt werden, um ein Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen der Vorkammer als Reaktion darauf zu erhöhen, dass sich die IVC-Schließsteuerzeit weiter weg vom unteren Totpunkt (UT) bewegt. Umgekehrt kann das bewegbare Element bewegt werden, um ein Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen der Vorkammer als Reaktion darauf zu verringern, dass sich die IVC-Schließsteuerzeit näher hin zum unteren Totpunkt (UT) bewegt. Als ein anderes Beispiel kann die IVC-Steuerzeit als Reaktion auf eine Änderung des Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen der Vorkammer eingestellt werden. Demnach kann sich die Kraftstoffeffizienz erhöhen und kann sich eine Langlebigkeit einer Zündvorrichtung der Vorkammer ebenfalls erhöhen.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben wird. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder maßgebliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands festzustellen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche definiert ist, die auf die detaillierte Beschreibung folgen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Abbildung einer Zylinderkonfiguration in einem Motorsystem eines Fahrzeugs.
2A zeigt schematisch eine detaillierte Ansicht eines Vorkammersystems, das eine erste Ausführungsform eines bewegbaren Elements beinhaltet.
2B zeigt schematisch eine halbdurchsichtige Teilansicht des Vorkammersystems aus 2A an einem zweiten Ende, das eine Vielzahl von Öffnungen beinhaltet.
2C und 2D zeigen schematisch Querschnittsansichten des Vorkammersystems aus 2B an dem zweiten Ende an Schnitt 2C1 bzw. 2C2.
2E zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Vorkammersystems aus 2A an Schnitt 2C3.
2F zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der ersten beispielhaften Ausführungsform des bewegbaren Elements für das Vorkammersystem aus 2A an Schnitt 2C3.
2G zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Vorkammersystems aus 2A an Schnitt 2C4.
3A, 3B und 3D zeigen schematisch detaillierte Ansichten des Vorkammersystems aus 2A, das eine zweite Ausführungsform eines bewegbaren Elements beinhaltet.
3C zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Vorkammersystems aus 3A an Schnitt 3C.
4A und 4B zeigen schematisch detaillierte Ansichten des Vorkammersystems aus 2A, das eine dritte Ausführungsform eines bewegbaren Elements beinhaltet.
5A und 5B zeigen schematisch detaillierte Ansichten des Vorkammersystems aus 2A, das eine vierte Ausführungsform eines bewegbaren Elements beinhaltet.
6 zeigt Bilder von beispielhaften Zündmustern und beispielhafter Zünddynamik, die Vorkammerzündung zugeordnet sind.
7, 8A und 8B zeigen beispielhafte Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zum Betreiben einer einstellbaren Vorkammer veranschaulichen, wie etwa der Vorkammersysteme aus 2A, 3A, 3B, 3D, 4A, 4B, 5A und 5B.
9 zeigt eine beispielhafte Zeitachse, die dem Betreiben eines Motors entspricht, der eine einstellbare Vorkammer beinhaltet, wie etwa die Vorkammersysteme aus 2A, 3A, 3B, 3D, 4A, 4B, 5A und 5B.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für eine Vorkammer. In einem Beispiel ist die Vorkammer in einer Hauptbrennkammer eines Motors eines Hybridfahrzeugs positioniert, wie in 1 veranschaulicht. Die Vorkammer kann ein bewegbares Element beinhalten, wobei Bewegen des bewegbaren Elements eine relative Größe des Totvolumens im Vergleich zu dem Innenvolumen der Vorkammer (z. B. das Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen) einstellt. Dadurch kann eine zuverlässige Zündung der Hauptbrennkammer über einen breiteren Bereich von Motorbetriebsbedingungen ohne eine zweite Zündkerze oder eine Einspritzvorrichtung in der Vorkammer beibehalten werden, während die Wahrscheinlichkeit von heißen Stellen wie von einem Serienfunkenstreckenzünder reduziert wird. Verschiedene Ausführungsformen des bewegbaren Elements in der Vorkammer sind in 2A, 3A, 3B, 3D, 4A, 4B, 5A und 5B veranschaulicht. Darüber hinaus sind Querschnittsansichten der Vorkammer in 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G und 3C veranschaulicht, die die konzentrische Positionierung und Symmetrie verschiedener Merkmale der Vorkammer zeigen, was dabei behilflich sein kann, den Mischwirkungsgrad zu erhöhen und die Wärmeübertragungs- und Konzentrationsgradienten in der Vorkammer zu reduzieren. Ein Verfahren zum Einstellen der Blendengröße der Vorkammer als Reaktion auf eine Motorlast ist in 8 und 9 veranschaulicht und eine Zeitachse zum Betreiben des Motors, der die Vorkammer aus 2A, 3A, 3B, 3D, 4A, 4B, 5A und 5B beinhaltet, ist in 9 veranschaulicht.
Unter nunmehriger 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. Es ist gezeigt, dass der Zylinder 130 über ein Einlassventil 4 und eine Einlasskanalöffnung 22 mit einem Ansaugkrümmer 44 und über ein Auslassventil 8 und eine Auslasskanalöffnung 86 mit einem Abgaskrümmer 48 kommuniziert. Eine Drossel 62, die eine Drosselklappe 64 beinhaltet, kann in einem Ansaugkanal stromaufwärts des Ansaugkrümmers 44 zum Variieren einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder eines Drucks von Ansaugluft, die den Motorzylindern bereitgestellt wird, bereitgestellt sein.
In der abgebildeten Ansicht liegen das Einlassventil 4 und das Auslassventil 8 in einer oberen Region des Zylinders 130 und können an einen Zylinderkopf 18 gekoppelt sein. Das Einlassventil 4 und das Auslassventil 8 können durch eine Steuerung 12 unter Verwendung jeweiliger 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), zur Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), für variable Nockensteuerzeit (variable cam timing - VCT), für variable Ventilsteuerzeit (variable valve timing - VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL) nutzen, um den Ventilbetrieb zu variieren. In dem abgebildeten Beispiel wird das Einlassventil 4 durch einen Einlassnocken 151 gesteuert und wird das Auslassventil 8 durch einen Auslassnocken 153 gesteuert. Gemäß festgelegten Einlass- bzw. Auslassventilsteuerzeiten kann der Einlassnocken 151 über einen Einlassventilsteuerzeitaktor 101 betätigt werden und kann der Auslassnocken 153 über einen Auslassventilsteuerzeitaktor 103 betätigt werden. In einigen Beispielen können das Einlassventil und das Auslassventil über den Einlassventilsteuerzeitaktor 101 bzw. den Auslassventilsteuerzeitaktor 103 abgeschaltet werden. Die Position des Einlassnockens 151 und des Auslassnockens 153 kann durch einen Nockenwellenpositionssensor 155 bzw. 157 bestimmt werden.
In einigen Beispielen können das Einlass- und/oder das Auslassventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 130 alternativ ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung gesteuert wird, beinhalten, was CPS- und/oder VCT-Systeme beinhaltet. In noch anderen Beispielen können das Einlass- und das Auslassventil durch einen gemeinsames Ventilaktor oder ein gemeinsames Betätigungssystem oder einen Aktor oder ein Betätigungssystem für variable Ventilsteuerzeit gesteuert werden. Die verschiedenen Ventilsteuersysteme können verwendet werden, um eine Steuerzeit, eine Öffnungsdauer und einen Hub des Einlassventils 4 und des Auslassventils 8 zu variieren.
Als ein Beispiel kann eine frühe Steuerzeit für die Einlassventilschließung (IVC), was sich auf das Schließen des Einlassventils 4 bezieht, bevor der Kolben 136 den unteren Totpunkt (UT) erreicht, erlauben, dass Luft zu Beginn des Ansaugtakts nahe dem Atmosphärendruck in den Zylinder 130 gesaugt wird. Das Einlassventil 4 kann durch die Steuerung 12 während des Ansaugtakts (z. B. Einlasstakts) geschlossen werden, um zu verhindern, dass weitere Luft in den Zylinder 130 eintritt, womit die im Inneren des Zylinders 130 eingeschlossene Luftmasse eingeengt wird. Sobald das Einlassventil 4 geschlossen ist, fällt der Druck im Inneren des Zylinders 130, während sich der Kolben 136 weiterhin hin zum UT bewegt. Die durch den Kolben 136 verrichtete Arbeit, während er sich weiterhin zum UT bewegt, um die Luft auszudehnen, kann zu Beginn des Verdichtungstakts zurückgewonnen werden, wenn der Kolben 136 beginnt, sich hin zum OT zu bewegen, da nach dem frühen Schließen des Einlassventils die Luft innerhalb des Zylinders 130 wie eine Gasfeder wirkt, was diese Arbeitsrückgewinnung erlaubt. Demnach kann eine frühe IVC-Steuerzeit dabei behilflich sein, die Motorpumparbeit im Vergleich zu herkömmlichen Drosselungsstrategien zu reduzieren, und dadurch den Motorwirkungsgrad erhöhen und den Kraftstoffverbrauch reduzieren.
Als ein anderes Beispiel erlaubt eine späte IVC-Steuerzeit, was sich auf das Schließen des Einlassventils 4 bezieht, nachdem der Kolben 136 den unteren Totpunkt (UT) erreicht, dass Luft für den gesamten Ansaugtakt nahe dem Atmosphärendruck in den Zylinder gesaugt wird, womit die in den Zylinder 130 gesaugte Luftmasse erhöht wird. Darüber hinaus kann die Steuerung 12 das Einlassventil 4 während des Beginns des Verdichtungstakts offen halten, wenn der Kolben 136 beginnt, sich hin zum OT zu bewegen, wodurch erlaubt wird, dass ein Teil der eingeschlossenen Luft aus dem Zylinder 130 heraus in den Ansaugkrümmer 44 zurückströmt. Nachdem die Steuerung 12 das Einlassventil 4 schließt, wird die in dem Zylinder 130 verbleibende Luft verdichtet. Durch Steuern der in dem Zylinder 130 eingeschlossenen Luftmasse kann eine späte IVC-Steuerzeit dabei behilflich sein, die Motorpumparbeit im Vergleich zu herkömmlichen Drosselungsstrategien zu reduzieren, und dadurch den Motorwirkungsgrad erhöhen und den Kraftstoffverbrauch reduzieren.
Ein Abgaskanal 135 kann zusätzlich zu dem Zylinder 130 Abgase aus anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Es ist gezeigt, dass ein Abgassensor 128 stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskanal 135 gekoppelt ist. Der Abgassensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (air-fuel ratio - AFR) des Abgases ausgewählt sein, wie zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (universal or wide-range exhaust gas oxygen - Weitbereichs- oder Breitbandlambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde, einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-Sensor, einem HC-Sensor oder einem CO-Sensor. Bei der Emissionssteuervorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen daraus handeln.
Eine externe Abgasrückführung (AGR) kann dem Motor über ein Hochdruck-AGR-System 83 bereitgestellt werden, das Abgas aus einer Zone mit höherem Druck in dem Abgaskanal 135 an eine Zone mit niedrigerem Druck in dem Ansaugkrümmer 44, stromabwärts der Drossel 62, über einen AGR-Kanal 81 abgibt. 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, das AGR-Ventil 80 zu betätigen und eine Position davon einzustellen, um die Abgasmenge, die durch den AGR-Kanal 81 strömt, einzustellen. Das AGR-Ventil 80 kann zwischen einer vollständig geschlossenen Position, in der die Abgasströmung durch den AGR-Kanal 81 blockiert wird, und einer vollständig offenen Position, in der die Abgasströmung durch den AGR-Kanal ermöglicht wird, eingestellt werden.
Als ein Beispiel kann das AGR-Ventil 80 zwischen der vollständig geschlossenen Position und der vollständig offenen Position kontinuierlich variabel sein. Demnach kann die Steuerung einen Öffnungsgrad der AGR-Ventils 80 erhöhen, um eine Menge an AGR, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, zu erhöhen, und den Öffnungsgrad der 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 einbezogenen 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) hinweg einzustellen, oder das AGR-Ventil 80 kann eine andere Art von Durchflusssteuerventil sein. Ferner kann AGR gekühlt werden, indem sie einen AGR-Kühler 85 innerhalb der AGR-Kanals 81 durchströmt. Der AGR-Kühler 85 kann Wärme von den AGR-Gasen zum Beispiel an Motorkühlmittel abführen.
Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System verwendet werden, um eine Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Brennkammer zu regeln. Ferner kann AGR erwünscht sein, um eine erwünschte Motorverdünnung zu erzielen, wodurch der Kraftstoffwirkungsgrad und die Emissionsqualität, wie etwa die Emissionen von Stickstoffoxiden, erhöht werden. Als ein Beispiel kann AGR bei niedrigen bis mittleren Motorlasten angefordert werden. Somit kann es wünschenswert sein, den AGR-Massenstrom zu messen oder zu schätzen. AGR-Sensoren können innerhalb der 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 erwünscht sein, nachdem die Emissionssteuervorrichtung 178 ihre Anspringtemperatur erzielt hat. Eine angeforderte Menge an AGR kann auf Motorbetriebsbedingungen basieren, die Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. beinhalten. Zum Beispiel kann sich die Steuerung 12 auf eine Lookup-Tabelle beziehen, die die Motordrehzahl und -last als die Eingabe aufweist, und eine erwünschte Menge an AGR, die der eingegebenen Motordrehzahl/- last entspricht, ausgeben. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 12 die erwünschte Menge an AGR (z. B. die erwünschte AGR-Strömungsgeschwindigkeit) 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 Verdünnungserfordernis korreliert und ferner die Änderung der Verdünnungserfordernis 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 durch Berücksichtigen eines Kennfelds der besten Kraftstoffeffizienz für eine erwünschte Verdünnungsgeschwindigkeit bestimmen. Nach dem Bestimmen der angeforderten Menge an AGR kann sich die Steuerung 12 auf eine Lookup-Tabelle beziehen, die die angeforderte Menge an AGR als die Eingabe und ein Signal, das einem Öffnungsgrad entspricht, der auf das AGR-Ventil anzuwenden ist (z. B. wie an den Schrittmotor oder eine andere Ventilbetätigungsvorrichtung gesendet), als die 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. Herkömmlicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis in einem Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in 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 zudem erhöht sein, falls die Vorkammerzündung den Klopfwiderstand aufgrund einer schnelleren Verbrennung erhöht.
Das effektive Verdichtungsverhältnis kann ferner durch andere Motorbetriebsfaktoren beeinflusst werden, wie etwa Ventilsteuerzeit und aufgeladenen Motorbetrieb. Zum Beispiel können sowohl eine frühe als auch eine späte IVC-Steuerzeit die in den Zylinder eingeleitete Luftmasse reduzieren, wodurch das effektive Verdichtungsverhältnis reduziert wird. Im Gegensatz dazu erhöht der aufgeladene Motorbetrieb, wodurch der Ansaugdruck durch mechanische Turboaufladung und/oder Kompressoraufladung über den Atmosphärendruck angehoben wird, das effektive Verdichtungsverhältnis.
Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 130 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 beinhaltet. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 direkt an den Zylinder 130 gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (direct injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 130 bereit. In einem anderen Beispiel kann es sich bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 um eine Einlasskanaleinspritzvorrichtung handeln, die Kraftstoff stromaufwärts des Zylinders 130 in die Einlasskanalöffnung bereitstellt. Während 1 zeigt, dass Kraftstoff über eine einzelne Einspritzvorrichtung in den Zylinder eingespritzt wird, kann der Motor ferner alternativ betrieben werden, indem Kraftstoff über mehrere Einspritzvorrichtungen eingespritzt wird, wie etwa eine Direkteinspritzvorrichtung und eine Einlasskanaleinspritzvorrichtung. Zum Beispiel können sowohl Einlasskanal- als auch Direkteinspritzvorrichtungen in einer Konfiguration beinhaltet sein, die als Einlasskanalkraftstoff- und Direkteinspritzung (port fuel and direct injection - PFDI) bekannt ist. In einer derartigen Konfiguration kann die Steuerung 12 eine relative Einspritzmenge aus 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 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 der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt. Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 180 können Kraftstoff mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten aufbewahren, wie etwa mit unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Diese Unterschiede können unterschiedlichen Alkoholgehalt, unterschiedliche Oktanzahl, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. beinhalten. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlichen Verdampfungswärmen beinhaltet Benzin als erste Kraftstoffart mit einer niedrigeren Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit einer höheren Verdampfungswärme. In einem anderen Beispiel kann der Motor Benzin als 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 zweite Kraftstoffart verwenden. Andere denkbare 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 an 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 130 abgegeben werden. Ferner kann die Verteilung und/oder relative Menge an Kraftstoff, der aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 abgegeben wird, mit Betriebsbedingungen variieren. Darüber hinaus können für ein einzelnes Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des abgegebenen Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während eines Verdichtungstakts, Einlasstakts oder einer beliebigen zweckmäßigen Kombination daraus durchgeführt werden.
In dem in 1 gezeigten Beispiel beinhaltet der Zylinder 130 einen Vorkammerzünder 192, der an den Zylinderkopf 18 gekoppelt ist, um eine Verbrennung zu initiieren. In einigen Beispielen kann der Vorkammerzünder 192 an eine Montagefläche gekoppelt sein, die sich von dem Zylinderkopf 18 unterscheidet, wie etwa einen Zylinderblock oder einen anderen Abschnitt des Zylinders. Der Vorkammerzünder 192 beinhaltet eine funkengenerierende Vorrichtung, wie etwa eine Zündkerze, die eine Mittelelektrode 204 und eine Masseelektrode 246 beinhaltet, die dazwischen eine Funkenstrecke 240 bilden, wie in 2A beschrieben, und kann ferner einen inneren Hohlraum beinhalten, der in dieser Schrift als Vorkammer 188 bezeichnet wird. Die Vorkammer 188 kann mit verschiedenen Ausführungsformen von bewegbaren Elementen konfiguriert sein, die in dem Innenvolumen der Vorkammer positioniert sind, wie in 2A, 3A, 3B, 3D, 4A, 4B, 5A und 5B veranschaulicht. In einem Beispiel ist der Vorkammerzünder 192 die einzige Zündvorrichtung des Zylinders 130. Demnach gibt es keine anderen Zündvorrichtungen in dem Motor 10 als den Vorkammerzünder 192, der jedem Zylinder 130 entspricht.
Die Wände der Vorkammer 188, die die Vorkammerzündkerze umschließen, können eine Vielzahl von Öffnungen 238 und 242 beinhalten. Jede der Vielzahl von Öffnungen 238 und 242 kann eine Fluidkopplung zwischen der Vorkammer 188 und einem Innenraum des Zylinders 130 bereitstellen. In einem Beispiel kann die Vorkammer 188 einen Aktor 225 beinhalten, der dazu konfiguriert ist, eine Öffnungsgröße der Vielzahl von Öffnungen 238 und 242 als Reaktion auf die Betriebsbedingungen des Motors 10 einzustellen. Somit können während einiger Motorbetriebsbedingungen Gase zwischen der Vorkammer 188 und dem Innenraum des Zylinders 130 strömen. Zum Beispiel können Gase (z. B. Luft, Kraftstoff und/oder restliche Verbrennungsgase) durch jede der Vielzahl von Öffnungen 238 und 242 mit einer Gerichtetheit und Geschwindigkeit auf Grundlage eines Druckunterschieds an den Öffnungen (z. B. zwischen der Vorkammer 188 und dem Innenraum des Zylinders 130) strömen. Ferner kann jede der Vielzahl von Öffnungen 238 und 242 eine Zündflamme (oder einen Zündstrahl) an den Zylinder 130 ausstoßen, wie in Bezug auf 2A-2G und 6 ausgeführt wird.
Unter ausgewählten Betriebsmodi kann ein Zündsystem 88 in dem Vorkammerzünder 192 als Reaktion auf ein Signal SA für eine Zündverstellung nach früh von der Steuerung 12 einen Zündfunken erzeugen. Eine Steuerzeit des Signals SA kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und einer Drehmomentforderung des Fahrers eingestellt werden. Zum Beispiel kann ein Zündfunken bei einer Steuerzeit für maximales Bremsmoment (MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und den Wirkungsgrad des Motors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, die Motordrehzahl, Motorlast und Abgas-AFR beinhalten, in eine Lookup-Tabelle eingeben, die die entsprechende MBT-Steuerzeit für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgeben kann. In anderen Beispielen kann der Zündfunken vom MBT aus nach spät verstellt werden, um ein Auftreten von Klopfen zu verhindern. In noch anderen Beispielen kann der Zündfunken vom MBT aus nach spät verstellt werden, um das Motordrehmoment zu reduzieren, wie etwa aufgrund einer Verringerung des vom Fahrer geforderten Drehmoments oder eines Getriebegangschaltereignisses oder zum Bereitstellen einer Drehmomentreserve. Wenn der Vorkammerzünder 192 zündet, kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Vorkammer verbrennen, wobei der erhöhte Verbrennungsdruck Flammenstrahlen über die Vielzahl von Blendenöffnungen in den Vorkammerwänden in den Zylinder 130 sendet. Die Vielzahl von Öffnungen 238 und/oder 242 kann derart angeordnet sein, dass die Flammenstrahlen gleichmäßig verteilt und in den Zylinder 130 geleitet werden. Die Flammenstrahlen können das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 130 zünden, was eine Verbrennung in dem Zylinder 130 bewirkt. Zusätzlich oder alternativ kann die Größe der Vielzahl von Vorkammeröffnungen derart eingestellt werden, dass Flammenstrahlen über einen breiteren Bereich von Motorbetriebsbedingungen zuverlässig auftreten. Zusätzlich oder alternativ kann die Größe der Vielzahl von Vorkammeröffnungen 238 und/oder 242 derart eingestellt werden, dass sich die Verbrennung im Inneren des Vorkammerzünders 192 für einige Motorbetriebsbedingungen in das Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders 130 ausbreiten kann, ohne Flammenstrahlen zu schaffen.
Vorkammerzündung, auch als Vorkammervolumenzündung bezeichnet, ist in einer Reihe von Bildern 602 in 6 gezeigt. Bei der Vorkammerzündung generiert die Fremdzündung eines kleinen Volumens an Luft-Kraftstoff-Gemisch im Inneren der Vorkammer Hochtemperaturflammenstrahlen 620, die sich aus den Blenden der Vorkammer heraus in die Hauptbrennkammer (z. B. den Zylinder 130) erstrecken. Demnach tritt die Flammeninitiierung mittels der Heißgasflammenstrahlen 620 an mehreren Zündstellen auf. Darüber hinaus wird die Hauptladung (z. B. das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 130) mit einer Energie in der Größenordnung der chemisch gebundenen Energie des Luft-Kraftstoff-Gemisches mit kleinem Volumen der Vorkammer gezündet, die viel höher als die Funkenenergiezündung an einer einzelnen Stelle ist, die in Abwesenheit der Vorkammer auftritt. Insbesondere bilden die Hochtemperaturstrahlen einen robusteren Zünder mit höherer Energie in der Hauptbrennkammer, was eine höhere Verdünnung (z. B. höhere AGR-Strömungen) erlaubt und den Motorwirkungsgrad erhöht. Zudem ist in 6 gezeigt, dass die Hochtemperaturflammenstrahlen sehr schnell nach nur 0,5 ms gebildet werden und wachsen und sich ausweiten, wobei sie sich nach nur 3-4 ms erheblich verbreiten. Auf diese Weise kann Vorkammervolumenzündung eine sehr schnelle Verbrennung erlauben, was dabei behilflich sein kann, das Motorklopfen zu verringern und weitere Erhöhungen des Motorwirkungsgrads zu ermöglichen. Darüber hinaus können die Ausrichtung und Ausweitung der Hochtemperaturflammenstrahlen durch Einstellen der Größe, Form und Ausrichtung der Vorkammeröffnungen gesteuert werden. Zum Beispiel werden, wie in der Reihe von Bildern 602 gezeigt, die Hochtemperaturflammenstrahlen mit einem rotationssymmetrischen Muster generiert, das von einer zentral dazu positionierten Funkenstrecke ausgeht. Das rotationssymmetrische Muster ergibt sich aus dem Leiten der Flammenstrahlen durch die Öffnungen 238 und/oder 242 in der Vorkammer, die so positioniert sind, dass sie Rotationssymmetrie um die Funkenstrecke aufweisen, wie unter Bezugnahme auf 2B, 2C und 2D näher beschrieben. In anderen Beispielen können die Flammenstrahlen rotationsasymmetrisch sein, was sich aus dem Leiten der Flammenstrahlen durch die Öffnungen 238 und/oder 242 in der Vorkammer ergibt, die so positioniert sind, dass sie Rotationsasymmetrie um die Funkenstrecke aufweisen. Mit anderen Worten können die Öffnungen 238 und/oder 242 zwischen θ = 0 und θ = 360 Grad um die Funkenstrecke verteilt sein, aber auf asymmetrische Weise.
Unter Rückkehr zu 1 kann der Motor 10 mindestens teilweise durch die Steuerung 12 und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 113 über ein Fahrpedal 116 und einen Fahrpedalpositionssensor 118 und über ein Bremspedal 117 und einen Bremspedalpositionssensor 119 gesteuert werden. Der Fahrpedalpositionssensor 118 kann ein Pedalpositionssignal (pedal position - PP) an die Steuerung 12 senden, das einer Position des Fahrpedals 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 Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als Festwertspeicher 106 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus beinhaltet. Der Festwertspeicher 106 des Speichermediums kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die durch die Mikroprozessoreinheit 102 ausführbar sind, um die in dieser Schrift beschriebenen Verfahren und Routinen sowie andere Varianten durchzuführen, die vorweggenommen, aber nicht spezifisch 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 eingeleiteten Luftmassenstroms (mass air flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor 46, ein Motorkühlmitteltemperatursignal (engine coolant temperature - ECT) von einem ECT-Sensor 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 - EGT) von einem Temperatursensor 158, der an den Abgaskanal 135 gekoppelt ist, ein Profilzündungsaufnahmesignal (profile ignition pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist, eine Drosselposition (throttle position - TP) von einem Drosselpositionssensor, der an die Drossel 62 gekoppelt ist, und ein Absolutkrümmerdrucksignal (manifold absolute pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 122, der an den Ansaugkrümmer 44 gekoppelt ist. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 anhand des Signals PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer 44 bereitzustellen.
Auf Grundlage von Eingaben von einem oder mehreren der vorstehend genannten Sensoren kann die Steuerung 12 einen oder mehrere Aktoren einstellen, wie etwa die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 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 auf Grundlage von Anweisungen oder Code auslösen, die/der darin programmiert sind/ist und einer oder mehreren Routinen entsprechen/entspricht, wofür ein Beispiel in Bezug auf 7, 8A und 8B 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. Die elektrische Maschine 161 kann ein Elektromotor oder ein Motor/Generator sein und kann in dieser Schrift somit auch als elektrischer Motor bezeichnet werden. Die elektrische Maschine 161 nimmt elektrische Leistung aus einer Traktionsbatterie 170 auf, um den Fahrzeugrädern 160 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 161 kann zudem 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 abgebildeten 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 der elektrischen Maschine 161 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder davon zu trennen und/oder die elektrische Maschine 161 mit dem Getriebe 167 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder davon zu trennen. Bei dem Getriebe 167 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetengetriebesystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen konfiguriert sein, die als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug beinhalten.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen einen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, (eine) Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), einen Zünder usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern beinhalten kann, was 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder beinhaltet. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die durch 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 130 beschrieben und abgebildet sind.
Als Nächstes zeigt 2A eine Längsquerschnittsansicht eines Vorkammersystems 200, bei dem es sich um ein Beispiel für die in 1 vorgestellte Vorkammer 188 (eine Komponente des Vorkammerzünders 192) handeln kann. Demnach sind zuvor in 1 vorgestellte Komponenten in dieser Figur und nachfolgenden Figuren identisch nummeriert. Insbesondere zeigt 2A das Vorkammersystem 200, das ein oder mehrere bewegbare Elemente beinhaltet, die in dem Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 positioniert sind, wobei das eine oder die mehreren bewegbaren Elemente ein oder mehrere Ventile 293 und 295 beinhalten.
Ein Achsensystem 290 beinhaltet drei Achsen, nämlich eine x-Achse parallel zu einer horizontalen Richtung, eine z-Achse parallel zu einer vertikalen Richtung und eine y-Achse parallel zu einer Querrichtung und normal zu jeder der x- und z-Achse. Das Achsensystem 290 ist lediglich veranschaulichend und legt keine einschränkende Ausrichtung der Vorkammer 188 nahe. In einigen Beispielen kann die z-Achse zusätzlich oder alternativ parallel zur Horizontalen (z. B. ein horizontal gegenüberliegender Motor) oder abgewinkelt zur Horizontalen und Vertikalen (z. B. ein Motor mit V-Ausrichtung) sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Eine Dicke von Elementen der Vorkammer 188 kann entlang der x-Achse gemessen werden. Eine Breite von Elementen der Vorkammer 188 kann entlang der y-Achse gemessen werden. Eine Länge von Elementen der Vorkammer 188 kann entlang der z-Achse gemessen werden. Eine zylindrische Koordinatenachse 291 kann genutzt werden, um die Vorkammer 188 für den Fall zu beschreiben, dass die Vorkammer 188 einen zylindrischen oder anderen rotationssymmetrischen Vorkammerkörper 202 beinhaltet. Rotationssymmetrie, in der Geometrie auch als Radialsymmetrie bekannt, bezieht sich auf die Eigenschaft, die eine Form aufweist, wenn sie nach einer gewissen Rotation um eine Teilumdrehung gleich erscheint. Der Grad der Rotationssymmetrie eines Objekts ist die Anzahl der unterschiedlichen Ausrichtungen, in denen es für jede Rotation genau gleich aussieht. Die zylindrische Koordinatenachse 291 beinhaltet eine z-Achse, die mit der Mittelachse (Längsachse) 299 zusammenfällt, eine radiale r-Achse, die sich radial von der z-Achse erstreckt, und eine winklige θ-Achse, die sich um die z-Achse erstreckt. Das Achsensystem 291 ist lediglich veranschaulichend und legt keine einschränkende Ausrichtung der Vorkammer 188 nahe. Als ein Beispiel kann eine Dicke von Elementen der Vorkammer 188 entlang der r-Achse gemessen werden und kann eine Länge von Elementen der Vorkammer 188 entlang der z-Achse gemessen werden. Darüber hinaus kann eine Winkelposition von Elementen um die z-Achse durch ihre θ-Koordinate oder ihren Azimut beschrieben werden.
Wie in 2A gezeigt und vorstehend in Bezug auf 1 ausgeführt, ist der Zylinder 130 mindestens teilweise durch den Zylinderkopf 18 definiert, der proximal zu einem ersten Ende 213 der Vorkammer 188 ist. Ferner beinhaltet das Vorkammersystem 200 einen Vorkammerkörper 202, der sich von einem ersten Ende 213 zu einem zweiten Ende 211 erstreckt und der ein im Wesentlichen zylindrisches Rohr bilden kann, das Rotationssymmetrie um eine Mittelachse 299 aufweist. Insbesondere kann der Vorkammerkörper 202 eine Außenfläche 230 und eine Innenfläche 231 beinhalten. Einige Abschnitte der Außenfläche 230 können an ein erstes Ende 213, das proximal zu dem Zylinderkopf 18 ist, gekoppelt und/oder an diesem positioniert sein. Als ein Beispiel kann der Vorkammerkörper 202 in den Zylinderkopf 18 eingeschraubt sein. Demnach wird die Wartung und/oder der Austausch der Vorkammer 188 relativ zu anderen Möglichkeiten von Kopplungen (z. B. Schweißen, Verschmelzung und dergleichen) vereinfacht. Ferner kann sich ein Abschnitt des Vorkammerkörpers 202 von dem Zylinderkopf 18 in den Zylinder 130 erstrecken, wobei dieser distal von dem ersten Ende 213 hin zu einem zweiten Ende 211 vorsteht. Zusammen können der Vorkammerkörper 202, eine Vorkammerkappe 234 und eine Vorkammerhülse 235 Wände bereitstellen, die das Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 von dem Zylinder 130 teilen (z. B. trennen), mit Ausnahme einer oder mehrerer Öffnungen 238 und 242, die an dem zweiten Ende 211 der Vorkammer 188 positioniert sind. In einem Beispiel können die eine oder mehreren Öffnungen 238 und 242 an der Vorkammerkappe 234 und/oder der Vorkammerhülse 235 angeordnet sein, wobei die Vorkammerkappe 234 an dem zweiten Ende 211 der Vorkammer positioniert ist.
Die Vielzahl von Öffnungen 238 und 242 kann eine Vielzahl von Formen beinhalten, die kreisförmig, länglich, dreieckig, rechteckig und dergleichen beinhaltet. Zusätzlich oder alternativ kann es sich bei der Vielzahl von Öffnungen um Schlitze handeln. Zum Beispiel können die Schlitze eine Dicke (z. B. Abmessung parallel zu der radialen Koordinate, r) aufweisen, die der Dicke der Vorkammerhülse 235 ähnlich ist, und eine Höhe (z. B. Abmessung parallel zu der Mittelachse 299), die 2- bis 5-mal größer als die Dicke ist. Darüber hinaus kann sich die Vielzahl von unteren Öffnungen 238 und 242 durch eine gesamte Dicke der Vorkammerhülse 235 erstrecken. Insbesondere kann eine Dicke der Öffnungen 238 und 242 nicht größer als eine Dicke der Vorkammerhülse 235 und/oder des Vorkammerkörpers 202 sein, sodass ein Volumen der Öffnungen 238 und 242, die die Vorkammer 188 fluidisch mit dem Zylinder 130 verbinden, reduziert wird. Durch Reduzieren des Volumens der Öffnungen 238 und 242 wird eine Verweilzeit von Verbrennungsfluiden (z. B. Luft, restlichen Verbrennungsgasen, Kraftstoff und dergleichen) an den Öffnungen 238 und 242 reduziert, sodass die Öffnungen 238 und 242 eine schnelle Misch- und Wärmeübertragungsdynamik an und zwischen der Vorkammer 188 und dem Zylinder 130 während des Motorbetriebs beibehalten. Darüber hinaus kann das Reduzieren eines Volumens der Öffnungen 238 und 242 dabei behilflich sein, in der Vorkammer 188 gezündete Flammenstrahlen besser zu dem Zylinder 130 auszubreiten, da die Wärmeübertragung von den Flammenstrahlen auf die Wände der Vorkammerkappe 234 reduziert wird. In einigen Beispielen kann die Querschnittsfläche der einen oder mehreren Öffnungen 238 und 242 eingestellt werden, indem die eine oder mehreren Öffnungen 238 und 242 beim Einstellen einer Position der Vorkammerkappe 234 stärker verdeckt oder stärker freigelegt werden. In einigen Fällen kann eine Größe des Innenvolumens 203 durch Einstellen einer Querschnittsfläche der einen oder mehreren Öffnungen 238 und 242 unabhängig von dem Volumen des Zylinders 130 eingestellt werden, zum Beispiel durch Einstellen einer Position der Vorkammerkappe 234.
Die Mittelachse 299 kann zum Beispiel eine Längsachse der Vorkammer sein, die senkrecht zu einer Fläche 137 des Kolbens 136 (nur ein Abschnitt des Kolbens 136 ist in 2A gezeigt) und parallel zu den Zylinderwänden 132 (nicht in 2A gezeigt) ist. In einem Beispiel entspricht die Mittelachse 299 einer Bewegungsachse, entlang derer der Kolben 136 schwingt. Der Vorkammerkörper 202 kann direkt oder indirekt an eine elektrische Masse gekoppelt sein.
In einem Beispiel umfasst der Vorkammerkörper 202 eine rohrförmige zylindrische Form. Der Vorkammerkörper 202 kann an äußersten Enden davon offen sein, wobei sich Wände (z. B. die Außenfläche 230 und die Innenfläche 231) an einem ersten Ende 213 hin zu einem Zylinderkopf 18 erstrecken und an dem zweiten Ende 211 weg von dem Zylinderkopf 18 erstrecken. In alternativen Ausführungsformen kann der Vorkammerkörper 202 nicht rohrförmig sein und kann stattdessen eine pyramidenförmige, kugelförmige, rechteckige Prismenform oder andere dreidimensionale Form, deren Enden offen sind, beinhalten.
Die Vorkammerkappe 234 kann eine gewölbte Scheibenform beinhalten, die in einer Richtung hin zu dem Kolben 136 und weg von der Funkenstrecke 240 vorsteht. In einigen Beispielen kann die Vorkammerkappe 234 zusätzlich oder alternativ flach sein oder hin zu der Funkenstrecke 240 vorstehen. Die Vorkammerkappe 234 beinhaltet eine innere Fläche 236 und eine äußere Fläche 237. Die äußere Fläche 237 ist die dem Kolben 136 am nächsten gelegene Fläche der Vorkammerkappe 234. Die Vorkammerkappe kann insofern ausziehbar sein, als dass ein Abstand zwischen einer oberen Fläche 137 des Kolbens 136 und der äußeren Fläche 237 kleiner sein kann, wenn sich die Vorkammerkappe 234 in einer ausgezogenen Position befindet (z. B. weg von dem Zylinderkopf 18 ausgezogen), und größer sein kann, wenn sich die Vorkammerkappe 234 in einer eingezogenen Position befindet (z. B. hin zu dem Zylinderkopf 18 eingezogen). Die Vorkammerhülse 235 kann eine Rohrform beinhalten, wobei die Mittelachse 299 durch eine geometrische Mitte davon verläuft. Die Vorkammerhülse 235 kann als einzelnes Stück einstückig mit der Vorkammerkappe 234 hergestellt sein. In anderen Beispielen können die Vorkammerkappe 234 und die Vorkammerhülse 235 separate Stücke sein, die über Schweißnähte, Verschmelzungen, Klebstoffe, Gewinde, ein oder mehrere Verriegelungsmerkmale oder dergleichen aneinandergekoppelt sind. In dem gezeigten Beispiel ist ein Abschnitt der Vorkammerhülse 235 an dem ersten Ende 213 durch den Vorkammerkörper 202 umgeben, wobei eine äußere Fläche der Vorkammerhülse 235 einen kleineren Durchmesser als die Innenfläche 231 des Vorkammerkörpers 202 aufweist.
Ein Material der Vorkammerkappe 234 und/oder der Vorkammerhülse 235 kann Gusseisen, Edelstahl, Aluminium, Kohlenstofffaser, Magnesium oder dergleichen sein. Das Material der Vorkammerkappe 234 und/oder der Vorkammerhülse 235 kann einem Material des Vorkammerkörpers 202 ähnlich oder anders als dieses sein.
Die Vorkammerkappe 234 und die Vorkammerhülse 235 können mittels des Aktors 225 entlang der Mittelachse 299 bewegbar sein. Zum Beispiel kann der Aktor 225 die Position der Vorkammerkappe 234 und der Vorkammerhülse 235 in einer Richtung, die parallel zu der Mittelachse 299 ist (z. B. wie durch den bidirektionalen Pfeil 282 angegeben), in den Zylinder 130 und aus diesem heraus einstellen, um eine Größe der Öffnungen 238 und 242 einzustellen. Das Einstellen der Position der Vorkammerkappe 234 kann ferner eine Größe des Zündvolumens 283 und des gesamten Innenvolumens 203 einstellen, ohne die Größe des Totvolumens 284 einzustellen. Der Aktor 225 kann direkt an die Vorkammerhülse 235 gekoppelt sein und kann dadurch direkt auf die Vorkammerhülse 235 einwirken oder kann indirekt über ein Gestänge, einen Nocken usw. gekoppelt sein. In dem gezeigten Beispiel ist die Vorkammerhülse 235 über ein Gestänge 227 an den Aktor 225 gekoppelt und somit kann eine Bewegung des Gestänges auf die Vorkammerhülse 235 übertragen werden. In einigen Beispielen kann der Aktor 225 die Position der Vorkammerhülse 235 auf Grundlage von Motorbedingungen, wie etwa einer Motorlast, kontinuierlich variieren, um die Blendenöffnungsgröße einzustellen.
Eine Vielzahl von Öffnungen 238 und 242 kann an der Vorkammerhülse 235 angeordnet sein. Die Größe und Form der Vielzahl von Öffnungen 238 können hinsichtlich einer oder mehrerer von Größe und Form denen der Öffnungen 242 ähnlich oder anders als diese sein. In einem Beispiel können Querschnittsdurchflussflächen der Vielzahl von unteren Öffnungen 242 und/oder der Vielzahl von oberen Öffnungen 238 nicht einheitlich sein, sodass eine Verengung darin angeordnet ist. Die Verengung kann ein Vakuum generieren, das unter einigen Bedingungen die Gasströmung in das Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 oder aus diesem heraus fördern kann. In einem Beispiel kann die Verengung einer Venturi-Form ähnlich sein.
Die Vielzahl von Öffnungen 238 liegt relativ zu der Vielzahl von Öffnungen 242 in größerer Nähe zu dem Zylinderkopf 18. Abhängig von der Position der Vorkammerkappe 234 kann die Vielzahl von Öffnungen 238 durch die Innenfläche 231 entweder blockiert oder freigelegt sein und kann somit das Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 nicht fluidisch an den Zylinder 130 koppeln bzw. kann das Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 fluidisch an den Zylinder 130 koppeln. Dementsprechend kann unter gewissen Bedingungen jede der Öffnungen 242 und der Öffnungen 238 eine Fluidverbindung zwischen dem Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 und dem Zylinder 130 bereitstellen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2B, 2C und 2D zeigt 2B eine halbdurchsichtige Teilansicht der Vorkammerkappe 234, die so gekoppelt ist, dass diese sich von der Vorkammerhülse 235 hin zu dem zweiten Ende 211 erstreckt, und eine Vielzahl von Öffnungen 238 und 242 beinhaltet; 2C und 2D zeigen Querschnittsansichten der Vorkammerkappe 234 an Schnitt 2C1 bzw. 2C2. Der Einfachheit halber sind die Wände der Vorkammerhülse 235 als dünne Linien abgebildet, die Wanddicke (und die Dicke der Öffnungen 238 und 242) der Vorkammerhülse 235 kann jedoch dicker sein, wie in anderen Figuren wie etwa 2A dargestellt. Wie in 2B gezeigt, können die Öffnungen 238 eine andere Größe als die Vielzahl von Öffnungen 242 aufweisen, und die Öffnungen 242 können näher an dem zweiten Ende 211 positioniert sein als die Öffnungen 238. Darüber hinaus kann die Vielzahl von Öffnungen 238 entlang einer x-y-Ebene mit konstanter z-Koordinate (z. B. komplanar zu Schnitt 2C1) positioniert sein und kann die Vielzahl von Öffnungen 242 entlang einer anderen x-y-Ebene mit konstanter z-Koordinate (z. B. komplanar zu Schnitt 2C2) positioniert sein. Noch ferner können die Öffnungen 238 und die Öffnungen 242 in einer rotationssymmetrischen Konfiguration um die Mittelachse 299 angeordnet sein, wie in 2C bzw. 2D gezeigt. Insbesondere bezieht sich die rotationssymmetrische Konfiguration der Öffnungen 238 und 242 darauf, dass jede der Öffnungen an einer äquivalenten r-Koordinate von der Mittelachse 299 positioniert ist und gleichmäßig um azimutale θ-Koordinatenpositionen um die Mittelachse 299 von 0 bis 360 Grad beabstandet ist. Dass die Öffnungen 238 und 242 und die bewegbaren Elemente (z. B. die Ventile 293 und 295) rotationssymmetrisch um die Mittelachse 299 sind, ist dabei behilflich, die Fluidwärme- und Massenübertragungsgeschwindigkeiten von Verbrennungsgasen und der Zündflammenstrahlen zwischen der Vorkammer 188 und dem Zylinder 130 während der Verdichtung und Verbrennung zu erhöhen.
Unter Rückkehr zu 2A beinhaltet das Vorkammersystem 200 ferner eine Mittelelektrode 204, die in einer Isolierung 206 eingekapselt ist. Die Mittelelektrode 204 kann eine zylindrische Elektrode sein, die derart positioniert ist, dass sie koaxial zu der Mittelachse 299 ist, und die Isolierung 206 kann ein Hohlzylinder sein, der koaxial zu der Mittelachse 299 ist. Die Mittelelektrode 204 und die Isolierung 206 (und in gewissen Ausführungsformen auch die Masseelektrode 246) können sich (in einer positiven z-Richtung) an dem ersten Ende 213 über den Körper 202 und die Vorkammerhülse 235 hinaus erstrecken (wie in 4A, 5A und 5B angegeben), wodurch die Mittelelektrode 204 leitfähig an das Zündsystem 88 gekoppelt ist, um ein von diesem übertragenes Signal zu empfangen. Über das erste Ende hinaus kann ein Außengehäuse, dessen Material dem des Vorkammerkörpers 202 ähnelt, die Mittelelektrode 204, die Isolierung 206 und die Masseelektrode 246 (falls zutreffend) umschließen. Obwohl sich die Mittelelektrode 204, die Isolierung 206 und die Masseelektrode 246 über den Körper 202 hinaus erstrecken können, ist das Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 von diesen Abschnitten der Mittelelektrode 204, der Isolierung 206 und der Masseelektrode 246, die sich an dem ersten Ende 213 über den Körper 202 hinaus erstrecken, fluidisch entkoppelt. Mit anderen Worten sind Fluide in dem Innenvolumen 203 gegen das Austreten aus dem Innenvolumen 203 an dem ersten Ende 213 abgedichtet.
Die Mittelelektrode 204 beinhaltet eine Mittelelektrodenspitze 244, die leitfähig daran gekoppelt ist und zudem axial entlang der Mittelachse 299 ausgefluchtet ist. Ferner kann ein Innenradius der Isolierung 206 ungefähr gleich einem Außenradius der Mittelelektrode 204 sein, sodass eine innere Fläche der Isolierung 206 in direktem Kontakt mit einer äußeren Fläche der Mittelelektrode 204 steht. Ein Außenradius der Isolierung 206 kann kleiner als ein Innenradius der Vorkammerhülse 235 sein, was in einem radialen Spalt zwischen der Isolierung 206 und der Vorkammerhülse 235 resultiert. Der radiale Spalt zwischen dem Vorkammerkörper 202 und der Isolierung 206 kann mindestens teilweise einen hohlen ringförmigen Hohlraum definieren, in dem das Innenvolumen 203 angeordnet ist, das den inneren Hohlraum der Vorkammer 188 bildet.
Das Vorkammersystem 200 beinhaltet ferner eine Masseelektrode 246, eine Mittelelektrode 204 (die die Mittelelektrodenspitze 244 beinhaltet) und eine Funkenstrecke 240. Die Masseelektrode 246 ist an die Innenfläche 231 des Vorkammerkörpers 202 gekoppelt. Demnach ist die Masseelektrode 246 über den Vorkammerkörper 202 an eine elektrische Masse gekoppelt. Ferner erstreckt sich in dem gezeigten Beispiel die Masseelektrode 246 in die Vorkammer 188 und überlappt eine radiale Position der Mittelelektrodenspitze 244, wobei das überlappende Segment der Masseelektrode 246 an einer axialen z-Koordinate von der Mittelelektrodenspitze 244 aus leicht hin zu dem zweiten Ende 211 positioniert ist, wodurch eine Funkenstrecke 240 dazwischen gebildet wird. Dementsprechend ist die Funkenstrecke 240 derart zwischen der Masseelektrode 246 und der Mittelelektrodenspitze 244 positioniert, dass das Zündsystem 88 beim Empfangen eines Signals für eine Zündverstellung nach früh von der Steuerung 12 einen Zündfunken an der Funkenstrecke 240 erzeugen kann.
In dem gezeigten Beispiel erstreckt sich die Masseelektrode 246 mittels eines Schlitzes 250 in der Vorkammerhülse 235 radial in das Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 von der Innenfläche 231 der Vorkammerwand hin zu der Mittelachse 299. Der Schlitz 250 kann zum Beispiel bemessen sein, um es der Vorkammerhülse 235 und der Vorkammerkappe 234 zu ermöglichen, sich zu bewegen, ohne die Masseelektrode 246 zu kontaktieren. Ferner kann der Schlitz 250 in einigen Fällen derart positioniert sein, dass die Vorkammerkappe 234 auf eine ausreichende Größe betätigt werden kann, damit Zylindergase dadurch und in das Innenvolumen 203 strömen können, während in anderen Fällen die Vorkammerkappe 234 derart positioniert sein kann, dass das Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 nicht mittels des Schlitzes 250 fluidisch an den Zylinder 130 gekoppelt sein kann. In anderen Beispielen kann die Vorkammer 188 den Schlitz 250 nicht beinhalten.
Wie in 2A gezeigt, sind die Mittelelektrode 204, die Isolierung 206, das Innenvolumen 203, die Vorkammerhülse 235 (außer an dem Schlitz 250) und der Körper 202 so positioniert, dass sie konzentrisch um die Mittelachse 299 sind, wodurch aufeinanderfolgende ringförmige Schichten um die Mittelelektrode 204 gebildet werden. Für den Fall einer zylindrischen rohrförmigen Vorkammer weisen diese aufeinanderfolgenden ringförmigen Schichten einen kreisförmigen Querschnitt auf und bilden zylindrische Kreisringe, wie in 2E und 2G gezeigt. Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2G veranschaulicht diese eine Querschnittsansicht des Vorkammersystems 200 an Schnitt 2C4, der in die positive z-Richtung hin zu dem ersten Ende 213 gewandt ist und mit einer Funkenstreckenachse 270 zusammenfällt. Die Funkenstreckenachse 270 ist senkrecht und quer zu der Mittelachse 299 und verläuft an der z-axialen Koordinate der Masseelektrode 246 durch die Funkenstrecke 240. 2G veranschaulicht deutlich jede aufeinanderfolgende zylindrische ringförmige Schicht, die sich von der Mittelachse 299 nach außen erstreckt, beginnend mit der Mittelelektrodenspitze 244 und der Mittelelektrode 204, der Isolierung 206, dem Innenvolumen 203, der Hülse 235 und der Innenfläche 231 und der Außenfläche 230 des Vorkammerkörpers 202. Darüber hinaus erstreckt sich die Masseelektrode 246 von der Innenfläche 231 des Vorkammerkörpers 202 radial nach innen bis über die Mittelachse 299 und die Mittelelektrodenspitze 244 hinaus. Die Mittelelektrodenspitze 244, die Mittelelektrode 204 und die Isolierung 206 sind mit gepunkteten Linien abgebildet, da sie von der Funkenstreckenachse 270 aus sichtbar sind, aber nicht mit dieser zusammenfallen.
Für den Fall anderer geometrischer (nicht zylinderförmiger) Vorkammern können die aufeinanderfolgenden ringförmigen Schichten nicht kreisförmige ringförmige Querschnitte beinhalten. Zum Beispiel würden im Fall einer rechteckigen prismenförmigen Vorkammer die aufeinanderfolgenden ringförmigen Schichten einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Kreiszylindrische Vorkammern, die die vorgenannten aufeinanderfolgenden ringförmigen Schichten mit kreisförmigen ringförmigen Querschnitten darin beinhalten, können relativ zu nicht kreiszylindrischen Geometrien vorteilhaft sein, um der Bildung von Regionen mit niedriger Strömung und schlechter Mischung entgegenzuwirken, da die ringförmigen Flächen glatt und durchgehend ohne scharfe Unstetigkeiten, Übergänge oder Ecken sind. Darüber hinaus kann die Rotationssymmetrie der kreiszylindrischen Vorkammern Temperatur- und Konzentrationsgradienten reduzieren, da die Massen- und Wärmeübertragungsweglängen der brennbaren Gase und der gezündeten Flammenenergie symmetrisch um die Funkenstrecke 240 sind.
Unter Rückkehr zu 2A beinhaltet das Innenvolumen 203 ein Zündvolumen 283, ein Totvolumen 284, das durch die Funkenstrecke 240 zwischen axialen Positionen 271 und 273 abgegrenzte Volumen und kann ein oder mehrere zusätzliche Volumina 286 und 288 beinhalten. Das Zündvolumen 283 beinhaltet das ganze Innenvolumen 203, das sich zwischen der Funkenstrecke 240 und dem zweiten Ende 211 der Vorkammer befindet. Das Totvolumen 284 beinhaltet das ganze Innenvolumen 203, das sich zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 befindet und das fluidisch an die Funkenstrecke gekoppelt ist. In 2A ist eine Funkenstreckenachse 270, die senkrecht und quer zu der Mittelachse 299 ist, an einem axialen Mittelpunkt der Funkenstrecke 240 positioniert. Die Funkenstrecke 240, wie durch die axialen Positionen 271 und 273 abgegrenzt, ist zwischen der Mittelelektrodenspitze 244 und der Masseelektrode 246 positioniert und trennt das Totvolumen 284 von dem Zündvolumen 283. Darüber hinaus ist die Vorkammerkappe 234 durch die Funkenstrecke 240 fluidisch von dem Totvolumen 284 getrennt. Das eine oder die mehreren zusätzlichen Volumina 286 und 288 können Abschnitte des Innenvolumens 203 zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 beinhalten, die nicht fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt sind. Für den Fall einer zylindrischen Vorkammer sind das Totvolumen 284 und die zusätzlichen Volumina 286 und 288 zylindrische ringförmige Volumina innerhalb der Vorkammer.
Eine erste Ausführungsform eines bewegbaren Elements, das in dem Innenvolumen zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 positioniert und fluidisch an das Totvolumen 284 gekoppelt ist, beinhaltet ein oder mehrere Ventile 293 und 295. Durch Einstellen einer Position des einen oder der mehreren Ventile 293 und 295 kann eine Größe des Totvolumens 284 eingestellt werden. Wenn zum Beispiel die Ventile 293 und 295 geöffnet werden (z. B. in eine weiter offene Position bewegt werden), werden die zusätzlichen Volumina 286 bzw. 288 fluidisch an das Totvolumen 284 gekoppelt, wodurch eine Größe des Innenvolumens zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240, das fluidisch an die Funkenstrecke gekoppelt ist, erhöht wird und somit eine Größe des Totvolumens 284 erhöht wird; mit anderen Worten werden durch das Öffnen der Ventile 293 und 295 die zusätzlichen Volumina 286 und 288 in das Totvolumen 284 einbezogen. Wenn umgekehrt die Ventile 293 und 295 vollständig geschlossen werden, entkoppeln die Ventile 293 und 295 die zusätzlichen Volumina 286 bzw. 288 fluidisch von der Funkenstrecke, wodurch die Größe des Innenvolumens zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240, das fluidisch an die Funkenstrecke gekoppelt ist, verringert wird und somit eine Größe des Totvolumens 284 verringert wird; auf diese Weise werden die zusätzlichen Volumina 286 und 288 fluidisch von dem Totvolumen 284 entkoppelt. Darüber hinaus ändert das Öffnen oder Schließen des einen oder der mehreren Ventile 293 und 295 die Größe des Totvolumens 284, ohne das Zündvolumen 283 zu ändern und ohne die Summe des Totvolumens 284, des Zündvolumens 283 und der zusätzlichen Volumina 286 und 288 zu ändern. Noch ferner ändert das Öffnen oder Schließen des einen oder der mehreren Ventile 293 und 295 die Größe des Totvolumens 284, während die Größe des Innenvolumens 203 geändert wird, das fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist. Auf diese Weise ändert das Bewegen des bewegbaren Elements die relative Größe des Totvolumens 284 im Vergleich zu dem Innenvolumen 203; mit anderen Worten ändert das Bewegen des bewegbaren Elements ein Verhältnis des Totvolumens 284 zu dem Innenvolumen 203.
Unter gewissen Bedingungen können alle Ventile 293 und 295 geöffnet werden, um jedes zusätzliche Volumen 286 und 288 fluidisch mit dem Totvolumen 284 zu koppeln. In anderen Fällen können die Ventile 293 geöffnet werden, während die Ventile 295 geschlossen werden können, sodass das zusätzliche Volumen 286 fluidisch an das Totvolumen 284 gekoppelt wird, während das zusätzliche Volumen 288 fluidisch von dem Totvolumen 284 entkoppelt wird. In einigen Fällen können die Ventile 293 und 295 gleichzeitig geöffnet werden, während in anderen Fällen die Ventile 293 und 295 nacheinander eingestellt werden können. In dem Beispiel aus 2E können vier der acht Ventile 295 geöffnet werden, während die anderen vier Ventile 295 geschlossen bleiben. Auf diese Weise kann eine Strömungsgeschwindigkeit von Verbrennungsgasen zu dem zusätzlichen Volumen 288 reduziert werden, während die Rotationssymmetrie der offenen Ventile 295 um die Achse 299 beibehalten wird.
Wie in 2A veranschaulicht, können die zusätzlichen Volumina 286 und 288 voneinander und von dem Totvolumen 284 durch Trennwände 292 und 294 getrennt sein. Darüber hinaus kann durch Anordnen der Ventile 293 und 295 an den Trennwänden 292 bzw. 294 die Größe des Totvolumens 284 stufenweise eingestellt werden, zum Beispiel durch Öffnen des einen oder der mehreren Ventile 293, während die Ventile 295 vollständig geschlossen werden. In einigen Beispielen, wie unter Bezugnahme auf 2F beschrieben, können die Trennwände 292 und 294 in die Ausgestaltung der Ventile 293 und 295 einbezogen sein.
Die Ventile 293 und 295 können durch den Aktor 225 betätigt werden, um ihre %-Öffnungspositionen einzustellen. Der Aktor 225 kann kommunikativ an die Steuerung 12 gekoppelt sein, sodass der Aktor 225 als Reaktion auf verschiedene Motorbetriebsbedingungen Signale 227 an die Ventile 293 und 295 senden und empfangen kann. Der Aktor 225 kann ferner als Reaktion auf verschiedene Motorbetriebsbedingungen Signale 229 an andere bewegbare Elemente (wie etwa die Vorkammerkappe 234) senden und empfangen. Der Aktor 225 kann eine Magnetspule, einen elektrischen Motor, einen pneumatischen Aktor, einen Vakuumaktor, einen hydraulischen Aktor oder dergleichen beinhalten. Der Aktor 225 kann direkt an die Ventile 293 und 295 gekoppelt sein und kann dadurch direkt auf die Vorkammerhülse 235 einwirken oder kann indirekt über ein Gestänge, einen Nocken usw. gekoppelt sein. In dem Beispiel für das Vorkammersystem 200 kann der Aktor 225 die Ventile 293 und 295 zwischen einer vollständig geschlossenen und einer vollständig offenen Position einstellen, was teilweise offene Positionen dazwischen beinhaltet, um die Ventilöffnungsgröße einzustellen. In einigen Beispielen kann der Aktor 225 die Position der Ventile 293 und 295 auf Grundlage von Motorbedingungen, wie etwa des effektiven Verdichtungsverhältnisses und der Einlassventilschließsteuerzeit (IVC-Steuerzeit), der Motorlast, der Kühlmitteltemperatur, der Motordrehzahl, der AGR, der VCT, der VVT, der Kühlmitteltemperatur und/oder der Lufttemperatur, kontinuierlich zwischen der vollständig geschlossenen und der vollständig offenen Position variieren.
Obwohl zwei zusätzliche Volumina 286 und 288 in 2A gezeigt sind, kann ein Vorkammersystem 200 nur ein oder mehr als zwei zusätzliche Volumina beinhalten, indem zusätzliche Trennwände einbezogen und zusätzliche Ventile daran angeordnet werden. In einem Beispiel kann jedes der zusätzlichen Volumina das gleiche Volumen aufweisen, wobei der axiale Abstand (z. B. die z-Achse) zwischen aufeinanderfolgenden Trennwänden (z. B. 292 und 294) über jedes zusätzliche Volumen hinweg einheitlich ist. Darüber hinaus können einige oder alle der Trennwände näher aneinander positioniert sein, um die zusätzlichen Volumina kleiner zu konfigurieren, sodass die Größe des Totvolumens allmählicher eingestellt werden kann, wenn jede aufeinanderfolgende Stufe von Ventilen geöffnet wird; alternativ können einige oder alle der Trennwände weiter voneinander entfernt positioniert sein, um so die zusätzlichen Volumina größer zu konfigurieren, sodass die Größe des Totvolumens gröber eingestellt werden kann, wenn jede aufeinanderfolgende Stufe von Ventilen geöffnet wird. In einem anderen Beispiel kann sich eine Größe des zusätzlichen Volumens an jeder Stufe verringern, wenn ihre axiale Position (z-Achsenposition) näher an dem ersten Ende 213 wird. Mit anderen Worten können die Trennwände weiter voneinander entfernt positioniert sein (z. B. größeres zusätzliches Volumen), wenn sie näher an der Funkenstrecke 240 sind, während die Trennwände näher aneinander beabstandet sein können, wenn sie näher an dem ersten Ende 213 sind. Auf diese Weise kann eine Größe des Totvolumens 284 gröber und dann allmählicher eingestellt werden, wenn aufeinanderfolgende Stufen der Ventile 293 und 295, die näher an dem ersten Ende 213 sind, geöffnet werden; 2A veranschaulicht ein einfaches Beispiel, bei dem das zusätzliche Volumen 286 (weiter von dem ersten Ende 213 weg) größer als das zusätzliche Volumen 288 (näher an dem ersten Ende 213) ist.
Wie in 2A veranschaulicht, kann eine Trennwand ein bewegbares Element beinhalten (z. B. beinhaltet die Trennwand 292 ein Ventil 293) oder eine Vielzahl von bewegbaren Elementen beinhalten (z. B. beinhaltet die Trennwand 294 eine Vielzahl von Ventilen 295). Das Beinhalten einer größeren Anzahl von bewegbaren Elementen an einer Trennwand kann höhere Fluidströmungsgeschwindigkeiten durch die Trennwand erlauben, was in einer schnelleren Mischung und höheren Geschwindigkeiten der Massen- und Wärmeübertragung zwischen dem Totvolumen und den zusätzlichen Volumina auf beiden Seiten der Trennwand resultiert. Gleichermaßen kann das Erhöhen einer Größe der Ventilöffnungen dabei behilflich sein, die Fluidströmungsgeschwindigkeiten durch die Trennwände zu erhöhen, was in einer schnelleren Mischung zwischen dem Totvolumen und den zusätzlichen Volumina resultiert. In einem Beispiel kann eine gesamte Querschnittsfläche der Ventilöffnungen größer als eine Schwellenquerschnittsfläche der Trennwand sein, um eine Schwellenfluidströmungsgeschwindigkeit durch die Öffnungen zu erreichen, wenn die Ventile geöffnet sind.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2E veranschaulicht diese eine Querschnittsansicht von 2A an Schnitt 2C3. In dem Beispiel aus 2E sind die Ventile 295 in einer vollständig offenen Position abgebildet, die durch kreisförmige Ventilöffnungen dargestellt ist; in anderen Beispielen können die Ventilöffnungen jedoch andere Geometrien beinhalten. Die Ventile 295 können in einer rotationssymmetrischen Anordnung an der Trennwand 294 um die Mittelachse 299 positioniert sein, wie in 2E gezeigt (eine Querschnittsansicht von 2A an Schnitt 2C3). Demnach kann, wenn die Ventile 295 geöffnet sind, das zusätzliche Volumen 288 symmetrisch um die Mittelachse 299 fluidisch an das Totvolumen 284 gekoppelt sein, was dabei behilflich sein kann, die Wärme- und Massenübertragungsgeschwindigkeiten einheitlich zwischen dem Totvolumen und dem zusätzlichen Volumen zu erhöhen, wodurch Toträume (z. B. niedrige Mischgeschwindigkeiten) reduziert werden und eine Mischzeit der Fluide in dem Totvolumen 284 und dem darin einbezogenen zusätzlichen Volumen 288 reduziert wird.
Die Ventile 293 und 295 können verschiedene Arten von kompakten Fluidströmungsregelventilen beinhalten, die ein Tellerventil, Absperrventil, Schieberventil, Magnetventile, Nadelventile und dergleichen beinhalten, und können hydraulisch, pneumatisch, durch eine Magnetspule und dergleichen mittels des Aktors 225 betätigt werden. Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2F veranschaulicht diese eine Querschnittsansicht eines Beispiels, bei dem die Ventile 293 und/oder 295 ein Drehscheibenventil beinhalten. Wie in 2F gezeigt, beinhaltet das Drehscheibenventil ein Paar ringförmiger Scheiben, die benachbart in flächenteilendem Kontakt positioniert sind und die relativ zueinander gleiten und sich um die Mittelachse 299 drehen können. Jede der ringförmigen Scheiben kann eine identisch Form aufweisen und kann jeweils eine Vielzahl von Öffnungen darin beinhalten. Ein Außendurchmesser der ringförmigen Scheiben kann dem Durchmesser der inneren Fläche der Hülse 235 entsprechen, während ein Innendurchmesser der ringförmigen Scheiben dem Außendurchmesser der Mittelelektrodenisolierung 206 entsprechen kann. Demnach kann eine ausreichende Abdichtung zwischen der Isolierung 206 und den ringförmigen Scheiben und zwischen der Hülse 235 und den ringförmigen Scheiben vorhanden sein, sodass vernachlässigbares Fluid hindurch verläuft. Auf diese Weise kann die Drehscheibenventilkonfiguration sowohl die Trennwand 294 als auch das Ventil 295 einbeziehen, wodurch eine der ringförmigen Scheiben die Trennwand 294 darstellen kann und die andere ringförmige Scheibe das Ventil 295 darstellen kann. Das Drehscheibenventil ist vollständig geöffnet, wenn die zwei ringförmigen Scheiben so gedreht sind, dass die Öffnungen darin miteinander ausgefluchtet sind, wie durch die Darstellung am weitesten links in 2F gezeigt. Wenn die ringförmigen Scheiben derart gedreht sind, dass die Öffnungen jeder ringförmigen Scheibe teilweise ausgefluchtet sind, ist die Drehscheibe teilweise geöffnet, wie durch die mittlere Darstellung in 2F veranschaulicht. Wenn schließlich die ringförmigen Scheiben derart gedreht sind, dass die Öffnungen jeder ringförmigen Scheibe nicht ausgefluchtet sind, ist die Drehscheibe vollständig geschlossen, wie durch die Darstellung am weitesten rechts in 2F gezeigt.
Die Abmessungen der Öffnungen der Ventile 293 und 295 können groß genug sein, sodass beim vollständigen Öffnen der Ventile eine Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden durch diese während Zündzyklen der Vorkammer 200 hoch genug sein kann, um die Fluide auf beiden Seiten der Trennwände 292 und 294 schnell zu mischen. In einem Beispiel kann ein Durchmesser der Öffnungen derart ausgewählt sein, dass eine Gesamtsumme der Querschnittsflächen der Ventilöffnungen größer als ein unterer Schwellenprozentsatz der gesamten Querschnittsfläche jeder Trennwand ist. In einem Beispiel kann der untere Schwellenprozentsatz der gesamten Querschnittsfläche 5 % beinhalten. Darüber hinaus können die Ventilöffnungen derart bemessen sein, dass der untere Schwellenprozentsatz der gesamten Querschnittsfläche erreicht werden kann, indem die Ventile teilweise geöffnet werden; somit kann ein höherer Prozentsatz der gesamten Querschnittsfläche erreicht werden, indem die Ventile 293 und 295 vollständig geöffnet werden. Noch ferner können die Ventilöffnungen derart bemessen sein, dass die Gesamtsumme der Querschnittsflächen der Ventilöffnungen kleiner als ein oberer Schwellenprozentsatz der gesamten Querschnittsfläche jeder Trennwand 292 und 294 ist, um eine strukturelle Integrität und Abdichtungsfähigkeit der Trennwände zu bewahren, sodass die Innenvolumina auf beiden Seiten der Trennwände fluidisch entkoppelt sind, wenn die Ventile 293 und/oder 295 vollständig geschlossen sind. In einem Beispiel kann der obere Schwellenprozentsatz der gesamten Querschnittsfläche 30 % beinhalten.
Somit kann während des Verdichtungstakts des Motorzylinders ein Gemisch, das eines oder mehrere von Ansaugluft, Abgasrückführung (AGR), Kraftstoff und Verbrennungsnebenprodukten beinhalten kann, aus dem Zylinder 130 über die Vielzahl von Öffnungen 242 und/oder die Vielzahl von Öffnungen 238 in das Zündvolumen 283 der Vorkammer 188 strömen (z. B. aufgrund eines Druckunterschieds an der Vielzahl von Öffnungen 242 und der Vielzahl von Öffnungen 238), wo das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch über einen Zündfunken an der Funkenstrecke 240 gezündet werden kann. Die Fremdzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Inneren der Vorkammer generiert Hochtemperaturgas-/-flammenstrahlen, die mittels der Vielzahl von Öffnungen 242 und 238 aus der Vorkammer 188 heraus zu dem Zylinder 130 strömen.
Insbesondere kann die kleinere Blendenöffnungsgröße der Vorkammer 188, wenn die Vorkammerkappe 234 hin zu dem ersten Ende 213 eingezogen ist, eine verbesserte Zündung bei höheren Lasten bereitstellen, was in einer erhöhten Zylinderleistung und Kraftstoffeinsparungen resultieren kann. Umgekehrt kann die Vorkammerkappe 234 bei niedrigeren Lasten weg von dem ersten Ende 213 ausgezogen sein, wodurch eine größere Blendenöffnungsgröße ermöglicht wird, um eine verbesserte Zündung bereitzustellen. Darüber hinaus können durch Einstellen der Blendenöffnungsgröße die Strömungsgeschwindigkeiten in das Innenvolumen 203 für verschiedene Motorbedingungen verbessert werden, während die Verbrennungsstabilität beibehalten wird. Zum Beispiel können während höherer Lasten mehr Luft und Kraftstoff in dem Zylinder 130 angeordnet sein. Demnach kann eine kleinere Blendenöffnungsfläche verwendet werden, während dem Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 nach wie vor eine erwünschte Menge an Luft und Kraftstoff bereitgestellt wird, um erwünschte Flammenstrahlen zu generieren. Während niedrigerer Lasten können weniger Luft und Kraftstoff in dem Zylinder 130 angeordnet sein. Darüber hinaus können Wärmespannungen an dem Vorkammerzünder 192 reduziert werden. Demnach kann eine größere Blendenöffnungsfläche verwendet werden, um dem Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 die erwünschte Menge an Luft und Kraftstoff bereitzustellen.
Zusätzlich kann ein Flammenkern, der durch den Vorkammerzünder 192 erzeugt wird, bei niedrigeren Lasten aufgrund erhöhter Mengen an restlichem verbranntem Gas innerhalb des Innenvolumens 203 der Vorkammer 188 nicht stabil sein. Falls die Blendenöffnungsgröße klein ist (z. B., wenn die Vorkammerkappe 234 hin zu dem ersten Ende 213 eingezogen ist), kann der Flammenkern gelöscht (z. B. erstickt) werden, wenn der Flammenkern durch die kleinen Blendenöffnungen verläuft. Bei erhöhter Blendenöffnungsgröße (z. B., wenn die Vorkammerkappe 234 weg von dem ersten Ende 213 ausgezogen ist) kann jedoch eine erhöhte Menge an Frischluft aus dem Zylinder 130 während des Verdichtungstakts eines Viertaktmotorzyklus in ein Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 eintreten. Somit kann der Flammenkern eine erhöhte Stabilität innerhalb des Innenvolumens 203 der Vorkammer 188 aufweisen. Darüber hinaus verringern erhöhte Blendenöffnungsgrößen die Wahrscheinlichkeit, dass der Flammenkern gelöscht wird, wenn die Flamme durch die Blende strömt. Bei höheren Lasten wird die Stabilität des Flammenkerns aufgrund erhöhter Gasdrücke und erhöhter Temperaturen erhöht. Die Wahrscheinlichkeit des Löschens wird zudem verringert, wenn die Temperatur eines Materials (z. B. Metall) der Vorkammerkappe 234 und der Vorkammerhülse 235 erhöht wird. Die kleinen Blendengrößen können ferner zu robusteren Flammenstrahlen bei höheren Lasten beitragen, was eine verbesserte Verbrennung in dem Zylinder 130 fördern kann.
Das Positionieren der Funkenstrecke 240 an der Mittelachse 299 und das Konfigurieren der Öffnungen 238 und 242 sowie des Innenvolumens 203, sodass sie rotationssymmetrisch um die Funkenstrecke 240 sind, ist vorteilhafterweise dabei behilflich, ein einheitlicheres (z. B. homogenere Zusammensetzung und Temperatur) Luft-Kraftstoff-Gemisch zu verteilen, das die Funkenstrecke 240 umgibt. Zusätzlich kann im Anschluss an die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches die rotationssymmetrische Konfiguration der Komponenten der Vorkammer 188 dabei behilflich sein, die Zündflammenstrahlen in dem gesamten Zündvolumen 283 einheitlicher zu verteilen und die Zündflammenstrahlen zu dem Zylinder 130 zu leiten. Effizienteres Leiten und Verteilen der Zündflammenstrahlen zu dem Zündvolumen beinhaltet die Nutzung eines höheren Anteils der Funkenenergie hin zu der Kraftstoffzündung und das Verringern einer Menge an verschwendeter Funkenenergie, die zu den Vorkammerwänden oder zu dem Totvolumen 284 zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstreckenachse 270 fehlgeleitet wird. Folglich können bei der Funkengenerierung Zündflammenstrahlen mit höherer Energie, die an dem Zündvolumen 283 generiert werden, effektiver zu dem Zylinder 130 geleitet werden, was in einer robusteren Verbrennung resultiert.
Nach jedem Verbrennungsereignis ist die Vorkammer mit restlichem verbranntem Gas (z. B. Nebenprodukten der Luft-Kraftstoff-Verbrennung) gefüllt. Während des nächsten Motoreinlasstakts, wenn sich der Kolben 136 hin zum UT bewegt, wird frisches Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder 130 gesaugt. Es tritt jedoch bis zu dem Verdichtungstakt, in dem sich der Kolben 136 hin zum OT bewegt, sehr wenig des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches durch die Öffnungen 238 und 242 in die Vorkammer 188 ein. Falls das Totvolumen 284 größer als ein unteres Schwellentotvolumen und kleiner als ein oberes Schwellentotvolumen ist, verdrängt der Druck, der das in die Vorkammer 188 eintretende Luft-Kraftstoff-Gemisch antreibt, das restliche verbrannte Gas in dem Zündvolumen 283 und drückt das restliche verbrannte Gas in das Totvolumen 284. Wenn das Totvolumen 284 kleiner als das untere Schwellentotvolumen ist, verbleibt ein Teil des restlichen verbrannten Gases in dem Zündvolumen 283 und wird nicht durch das eintretende Luft-Kraftstoff-Gemisch verdrängt. Darüber hinaus kann, wenn das Totvolumen 284 kleiner als das Schwellentotvolumen ist, die Menge an Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in die Vorkammer 188 eintritt, niedriger sein. Aufgrund des Vorhandenseins des restlichen verbrannten Gases in der Nähe der Funkenstrecke 240 und der niedrigeren Menge an Luft-Kraftstoff-Gemisch an dem Zündvolumen 283 kann die resultierende Verbrennung aus einem Funkenereignis von schlechter Qualität sein (z. B. Flammenstrahlen mit niedrigerer Energie, Flammenkern mit niedrigerer Dichte und dergleichen) und eine Wahrscheinlichkeit von Motorfehlzündungen erhöht sich. Wenn das Totvolumen 284 größer als ein oberes Schwellentotvolumen ist, kann das restliche verbrannte Gas durch das eintretende Luft-Kraftstoff-Gemisch verdrängt werden und kann die anfängliche Verbrennung, die aus dem Funkenereignis resultiert, von höherer Qualität sein (z. B. Flammenstrahlen mit höherer Energie, Flammenkerne mit höherer Dichte und dergleichen); die Ansammlung von Druck im Anschluss an das Verbrennungsereignis ist jedoch niedriger, was in Flammenstrahlen mit niedrigerer Energie resultiert, die sich unter Umständen nicht in den Motorzylinder 130 erstrecken und das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Motorzylinder 130 unter Umständen nicht zünden.
Das untere Schwellentotvolumen und das obere Schwellentotvolumen können beide von Motorbetriebsbedingungen abhängen, wie etwa dem effektiven Verdichtungsverhältnis, der IVC-Steuerzeit, der Motordrehzahl, -last, der AGR, der VCT/VVT, der Kühlmitteltemperatur und/oder der Lufttemperatur. In einem Beispiel können das untere Schwellentotvolumen und das obere Schwellentotvolumen in Abhängigkeit von der IVC-Steuerzeit variieren. Insbesondere können sich das untere Schwellentotvolumen und das obere Schwellentotvolumen erhöhen, wenn sich die IVC-Steuerzeit weiter weg vom UT bewegt, da sich das effektive Verdichtungsverhältnis verringert, wenn sich die IVC-Steuerzeit vom UT nach früher verschiebt oder vom UT nach später verschiebt (z. B. sich die IVC-Steuerzeit weiter weg vom UT bewegt). In einem Beispiel kann als Reaktion darauf, dass sich die IVC-Steuerzeit vom UT nach früher bewegt oder sich vom UT nach später bewegt (z. B. sich die IVC-Steuerzeit weiter weg vom UT bewegt), die Steuerung 12 (mittels des Aktors 225) das bewegbare Element in dem Vorkammerinnenvolumen 203 bewegen, um das Totvolumen 284 zu erhöhen. Somit kann die Steuerung 12 in dem Vorkammersystem 200 eines oder mehrere der Ventile 293 und 295 öffnen, um das Totvolumen 284 als Reaktion darauf zu erhöhen, dass sich die IVC-Steuerzeit vom UT nach früher bewegt oder sich vom UT nach später bewegt. Umgekehrt kann die Steuerung 12 als Reaktion auf eine Erhöhung des Totvolumens 284 die IVC-Steuerzeit einstellen, indem diese die IVC-Steuerzeit vom UT nach früher oder später bewegt (z. B. ändert die Steuerung 12 die IVC-Steuerzeit so, dass diese weiter weg vom UT ist).
In anderen Beispielen können das untere und das obere Schwellentotvolumen ein unteres und ein oberes anteiliges Schwellentotvolumen darstellen, wobei das anteilige Totvolumen das Verhältnis des Totvolumens 284 zu dem gesamten Vorkammerinnenvolumen 203 ist.
Wie zuvor beschrieben, ist die Geometrie des Totvolumens 284 dabei behilflich, die restlichen verbrannten Gase durch das eingehende Kraftstoff-Luft-Gemisch effektiver aus dem Zündvolumen 283 zu spülen. Da der Querschnitt des Totvolumens 284 ringförmig ist, können die restlichen verbrannten Gase aus dem Zündvolumen 283 als ringförmiger Stopfen mit reduzierter Rückmischung strömen, was in einer schnelleren und gründlicheren Spülung der restlichen verbrannten Gase aus dem Zündvolumen 283 resultiert. Eine schnellere Spüldynamik (z. B. verringerte Zeit zum Spülen des restlichen verbrannten Gases aus dem Zündvolumen 283) erlaubt einen robusteren Motorbetrieb und reduziert die Wahrscheinlichkeit einer langsamen oder unvollständigen Spülung von restlichem verbranntem Gas, was zu Motorfehlzündungen oder schlechter Verbrennungsqualität führt. Da darüber hinaus das Totvolumen 284 rotationssymmetrisch um die Mittelachse 299 ist, tritt die Spülung der restlichen verbrannten Gase aus dem Zündvolumen 283 einheitlich an dem Totvolumen 284 auf. Zusätzlich, wie vorstehend beschrieben, wird, wenn das Totvolumen 284 einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweist, Toträumen entgegengewirkt, in denen die Fluidgeschwindigkeit niedriger ist, was die Spüldynamik der restlichen verbrannten Gase aus dem Zündvolumen 283 weiter verbessert. Die Rotationssymmetrie der zusätzlichen Volumina 286 und 288 sowie die Rotationssymmetrie der bewegbaren Elemente in dem Innenvolumen 203 erlauben zudem eine erhöhte Spüldynamik, da das Bewegen der bewegbaren Elemente (z. B. Öffnen und Schließen der Ventile 293 und 295 im Fall des Vorkammersystems 200) als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen die Rotationssymmetrie des Totvolumens 284 bewahrt, wenn die zusätzlichen Volumina 286 und/oder 288 in das Totvolumen 284 einbezogen oder von diesem entkoppelt sind.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3A, 3B und 3D zeigen diese eine Längsquerschnittsansicht eines Vorkammersystems 300. Das Vorkammersystem 300 ist dem Vorkammersystem 200 ähnlich. Demnach sind zuvor in 2A vorgestellte Komponenten in 3A, 3B und 3D identisch nummeriert. In dem Vorkammersystem 300 beinhaltet das Vorkammerinnenvolumen 203 das Zündvolumen 283, das Totvolumen 284 und kann ferner das zusätzliche Volumen 386 beinhalten. Das Zündvolumen 283 beinhaltet den Abschnitt des Innenvolumens 203, der zwischen der Funkenstrecke 240 und dem zweiten Ende 211 positioniert ist, das Totvolumen 284 beinhaltet den Abschnitt des Innenvolumens 203, der zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 positioniert ist und der fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist, und das zusätzliche Volumen 386 beinhaltet den Abschnitt des Innenvolumens 203, der zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 positioniert ist und der nicht fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist.
Eine zweite Ausführungsform eines bewegbaren Elements, das in dem Innenvolumen 203 zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 positioniert und fluidisch an das Totvolumen 284 gekoppelt ist, beinhaltet einen ringförmigen Stopfen 393. Die Position des ringförmigen Stopfens 393 ist einstellbar, wie durch die bidirektionalen Pfeile 395 angegeben. 3A bildet das Vorkammersystem 300 ab, das den ringförmigen Stopfen 393 beinhaltet, der weiter hin zu dem zweiten Ende 211 positioniert ist, während 3B das Vorkammersystem 300 abbildet, das den ringförmigen Stopfen 393 beinhaltet, der weiter hin zu dem ersten Ende 213 positioniert ist. Das Einstellen einer Position des ringförmigen Stopfens 393 beinhaltet Bewegen des ringförmigen Stopfens 393 einer ersten Richtung hin zu dem ersten Ende 213 (z. B. weg von dem zweiten Ende 211), um eine Größe des Totvolumens 284 zu erhöhen, und Bewegen des ringförmigen Stopfens 393 in einer zweiten Richtung hin zu dem zweiten Ende 211 (z. B. weg von dem ersten Ende 213), um eine Größe des Totvolumens 284 zu verringern. Das Bewegen des ringförmigen Stopfens 393 in der ersten Richtung verringert damit einhergehend eine Größe des zusätzlichen Volumens 386 und erhöht ein Volumen des Totvolumens 284, während das Bewegen des ringförmigen Stopfens 393 in der zweiten Richtung damit einhergehend eine Größe des zusätzlichen Volumens 386 erhöht und ein Volumen des Totvolumens 284 verringert. Darüber hinaus ändert das Bewegen des ringförmigen Stopfens 393 die Größe des Totvolumens 284 und des zusätzlichen Volumens 386, ohne eine Größe des Zündvolumens 283 zu ändern und ohne eine Größe des Innenvolumens 203 zu ändern. Der ringförmige Stopfen 393 kann derart bemessen sein, dass sein Außendurchmesser mit der inneren Fläche der Vorkammerhülse 235 zusammenfällt und sein Innendurchmesser mit der Fläche der Isolierung 206 zusammenfällt. Auf diese Weise füllt ein Querschnitt des ringförmigen Stopfens 393 den Querschnitt des Innenvolumens 203, wie in 3C veranschaulicht (Querschnittsansicht des Vorkammersystems 300 an Schnitt 3C). Eine axiale Länge (z. B. parallel zu der z-Koordinate) des ringförmigen Stopfens 393 kann größer als eine untere Schwellenlänge und kleiner als eine obere Schwellenlänge sein. Wenn der ringförmige Stopfen 393 größer als die untere Schwellenlänge ist, kann eine strukturelle Integrität des ringförmigen Stopfens 393 beibehalten werden, sodass die Fluidisolation des zusätzlichen Volumens 386 von dem Totvolumen 284 beibehalten werden kann, während dieses Temperatur- und Druckschwankungen in der Vorkammer 188 während des Motorbetriebs ausgesetzt ist. Wenn der ringförmige Stopfen 393 kleiner als die obere Schwellenlänge ist, ist ein Volumen des ringförmigen Stopfens 393 kleiner, wodurch ein größerer Bewegungsbereich für den ringförmigen Stopfen 393 innerhalb des Innenvolumens 203 ermöglicht wird. Gleichermaßen kann das Reduzieren einer Länge des ringförmigen Stopfens 393 vorteilhafterweise ein Innenvolumen 203 für einen gegebenen Vorkammerkörper 202 erhöhen und erhöht einen Bereich der axialen Bewegung des ringförmigen Stopfens 393 innerhalb des Innenvolumens 203. Auf diese Weise kann ein ringförmiger Stopfen 393, der eine kürzere Länge aufweist, dazu in der Lage sein, größere Änderungsgrade der Größe des Totvolumens 284 (und des zusätzlichen Volumens 386) durch Bewegung des ringförmigen Stopfens 393 zu bewirken.
In dem Beispiel aus 3D ist gezeigt, dass der ringförmige Stopfen 393 eine längere axiale Länge aufweist, die sich über das erste Ende 213 hinaus erstreckt. Insbesondere beinhaltet das Innenvolumen 203 das zusätzliche Volumen 386 nicht, wenn sich die axiale Länge des ringförmigen Stopfens 393 über das erste Ende 213 hinaus erstreckt. Über das erste Ende hinaus kann ein Außengehäuse, dessen Material dem des Vorkammerkörpers 202 ähnelt, den ringförmigen Stopfen 393 und etwaige andere Komponenten, die sich über das erste Ende 213 hinaus erstrecken, wie etwa die Mittelelektrode 204, die Isolierung 206 und dergleichen, umschließen. Obwohl sich der ringförmige Stopfen 393 an dem ersten Ende 213 über den Körper 202 hinaus erstrecken kann, ist das Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 fluidisch von diesen Abschnitten des ringförmigen Stopfens 393, die sich an dem ersten Ende 213 über den Körper 202 hinaus erstrecken, fluidisch entkoppelt. Mit anderen Worten sind Fluide in dem Innenvolumen 203 gegen das Austreten aus dem Innenvolumen 203 an dem ersten Ende 213 abgedichtet.
Dementsprechend ändert in dem Beispiel aus 3D das Einstellen der Position des ringförmigen Stopfens 393 eine Größe des Totvolumens 284, während eine Größe des gesamten Innenvolumens 203 geändert wird. Zum Beispiel erhöht das Bewegen des ringförmigen Stopfens 393 in einer ersten Richtung hin zu dem ersten Ende 213 (z. B. weg von dem zweiten Ende 211) eine Größe des Totvolumens 284 und erhöht eine Größe des gesamten Innenvolumens 203. Darüber hinaus verringert das Bewegen des ringförmigen Stopfens 393 in einer zweiten Richtung hin zu dem zweiten Ende 211 (z. B. weg von dem ersten Ende 213) eine Größe des Totvolumens 284, während eine Größe des gesamten Innenvolumens 203 verringert wird. Noch ferner ist die Änderung der Größe des Totvolumens 284, die sich aus dem Bewegen des ringförmigen Stopfens 393 ergibt, äquivalent zu der Änderung der Größe des gesamten Innenvolumens 203, die sich aus dem Bewegen des ringförmigen Stopfens 393 ergibt. Demnach ändert sich ein Verhältnis des Totvolumens 284 zu dem gesamten Innenvolumen 203, wenn das bewegbare Element in dem Vorkammersystem 300 aus 3D bewegt wird. Dementsprechend nimmt das Totvolumen 284 einen kleineren Anteil des gesamten Innenvolumens 203 ein, wenn der ringförmige Stopfen 393 hin zu dem zweiten Ende 211 (z. B. weg von dem ersten Ende 213) bewegt wird; gleichermaßen nimmt das Totvolumen 284 einen größeren Anteil des gesamten Innenvolumens 203 ein, wenn der ringförmige Stopfen 393 weg von dem zweiten Ende 211 (z. B. hin zu dem ersten Ende 213) bewegt wird.
In den Beispielen aus 3A, 3B und 3D kann der ringförmige Stopfen 393 so hergestellt sein, dass dieser eine Gleitpassungs- oder Gleitsitztoleranz aufweist, wenn dieser in dem Innenvolumen 203 positioniert ist, sodass der ringförmige Stopfen 393 hin zu dem ersten Ende 213 oder hin zu dem zweiten Ende 211 bewegt werden kann. In einigen Fällen kann eine Oberflächenbehandlung auf die Innen- und/oder Außendurchmesserflächen des ringförmigen Stopfens in Gleitkontakt mit der Isolierung 206 bzw. der Vorkammerhülse 235 aufgebracht sein, um dabei behilflich zu sein, eine glattere Gleitbewegung des ringförmigen Stopfens 393 bereitzustellen. Der ringförmige Stopfen 393 kann massiv oder hohl sein und kann aus einem Material wie etwa Gusseisen, Edelstahl, Aluminium, Kohlenstofffaser, Magnesium oder dergleichen aufgebaut sein. Das Aufbauen des ringförmigen Stopfens 393 aus einem ähnlichen Material wie die Vorkammerhülse 235 und/oder der Körper 202 kann dabei behilflich sein, ein konsistentes Ausmaß an Ausdehnung und Kontraktion über diese Elemente hinweg bei schwankenden Temperaturen in der Vorkammer 188 beizubehalten. Ein hohler ringförmiger Stopfen 393 kann vorteilhaft sein, da eine Masse des ringförmigen Stopfens 393 reduziert werden kann und somit eine verringerte Energiemenge verbraucht werden kann, wenn der ringförmige Stopfen 393 bewegt wird. Ein massiver ringförmiger Stopfen 393 kann wegen seiner höheren Wärmekapazität vorteilhaft sein, wodurch Temperaturschwankungen in dem ringförmigen Stopfen 393 reduziert werden, was dabei behilflich sein kann, die Ausdehnung und Kontraktion des ringförmigen Stopfens 393 zu reduzieren.
Der ringförmige Stopfen 393 kann mittels des Aktors 225 entlang der Mittelachse 299 bewegbar sein. Zum Beispiel kann der Aktor 225 die Position des ringförmigen Stopfens 393 in einer Richtung einstellen, die parallel zu der Mittelachse 299 ist, wodurch eine Größe des Totvolumens 284 und des zusätzlichen Volumens 386 eingestellt wird, ohne die Größe des Zündvolumens 283 einzustellen. Der Aktor 225 kann direkt an den ringförmigen Stopfen 393 gekoppelt sein und kann dadurch direkt auf den ringförmigen Stopfen 393 einwirken oder kann indirekt mittels eines Gestänges, eines Nockens usw. daran gekoppelt sein. In dem gezeigten Beispiel ist der ringförmige Stopfen 393 mittels eines Gestänges 327 an den Aktor 225 gekoppelt und somit kann eine Bewegung des Gestänges auf den ringförmigen Stopfen 393 übertragen werden. In einigen Beispielen kann der Aktor 225 die Position des ringförmigen Stopfens 393 auf Grundlage von Motorbedingungen, wie etwa des effektiven Verdichtungsverhältnisses und der Einlassventilschließsteuerzeit (IVC-Steuerzeit), der Motorlast, der Kühlmitteltemperatur, der Motordrehzahl, der AGR, der VCT, der VVT, der Kühlmitteltemperatur und/oder der Lufttemperatur, kontinuierlich variieren, um eine Größe des Totvolumens 284 einzustellen. In anderen Beispielen kann der Aktor 225 die Position des ringförmigen Stopfens 393 auf Grundlage von Motorbedingungen, wie etwa des effektiven Verdichtungsverhältnisses und der IVC-Steuerzeit, der Motorlast, der Kühlmitteltemperatur, der Motordrehzahl, der AGR, der VCT, der VVT, der Kühlmitteltemperatur und/oder der Lufttemperatur, schrittweise variieren.
In anderen Beispielen kann eine axiale Position des ringförmigen Stopfens 393 als Reaktion auf einen Druck in dem Zündvolumen 283 und/oder dem Totvolumen 284 eingestellt werden. Während der Zylinderverdichtung, wenn frisches Luft-Kraftstoff-Gemisch mittels der Öffnungen 238 und 242 in das Zündvolumen abgegeben wird und restliche verbrannte Gase aus dem Zündvolumen 283 in das Totvolumen 284 verdrängt werden können, kann der Druck an dem Zündvolumen 283 und/oder dem Totvolumen 284 höher sein. Als Reaktion auf die Erhöhung des Drucks an dem Zündvolumen 283 und/oder dem Totvolumen 284 kann der ringförmige Stopfen 393 hin zu dem ersten Ende 213 gedrückt werden. Andererseits kann im Anschluss an ein Verbrennungsereignis und/oder während der Zylinderausdehnung (z. B., wenn sich der Kolben 136 hin zum UT bewegt) der Druck an dem Zündvolumen 283 und/oder dem Totvolumen 284 niedriger sein. Als Reaktion auf die Verringerung des Drucks an dem Zündvolumen 283 und/oder dem Totvolumen 284 kann der ringförmige Stopfen 393 hin zu dem zweiten Ende 211 gezogen werden.
In einem Beispiel kann als Reaktion darauf, dass sich die IVC-Steuerzeit vom UT nach früher bewegt oder sich vom UT nach später bewegt, die Steuerung 12 (mittels des Aktors 225) das bewegbare Element in dem Vorkammerinnenvolumen 203 bewegen, um das Totvolumen 284 zu erhöhen. Somit kann die Steuerung 12 in dem Vorkammersystem 300 die Position des ringförmigen Stopfens 393 hin zu dem ersten Ende 213 einstellen, um das Totvolumen 284 als Reaktion darauf zu erhöhen, dass sich die IVC-Steuerzeit weiter weg vom UT bewegt (z. B. sich vom UT nach früher bewegt oder sich vom UT nach später bewegt). Darüber hinaus kann die Steuerung 12 die Position des ringförmigen Stopfens 393 weg von dem ersten Ende 213 einstellen, um das Totvolumen 284 als Reaktion darauf zu verringern, dass sich die IVC-Steuerzeit hin zum UT bewegt. Umgekehrt kann die Steuerung 12 als Reaktion auf eine Erhöhung des Totvolumens 284 die IVC-Steuerzeit einstellen, indem diese die IVC-Steuerzeit vom UT nach früher oder später bewegt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 4A und 4B zeigen diese eine Längsquerschnittsansicht eines Vorkammersystems 400. Das Vorkammersystem 400 ist dem Vorkammersystem 200 und dem Vorkammersystem 300 ähnlich. Demnach sind zuvor in 2A, 3A, 3B und 3D vorgestellte Komponenten in 4A und 4B identisch nummeriert. In dem Vorkammersystem 400 beinhaltet das Vorkammerinnenvolumen 203 das Zündvolumen 283, das Totvolumen 284 und kann ein zusätzliches Volumen 486 beinhalten. Das Zündvolumen 283 beinhaltet den Abschnitt des Innenvolumens 203, der zwischen der Funkenstrecke 240 und dem zweiten Ende 211 positioniert ist, das Totvolumen 284 beinhaltet den Abschnitt des Innenvolumens 203, der zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 positioniert ist und der fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist, und das zusätzliche Volumen 486 beinhaltet den Abschnitt des Innenvolumens 203, der zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 positioniert ist und der nicht fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist.
Eine dritte Ausführungsform eines bewegbaren Elements, das in dem Innenvolumen 203 zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 positioniert und fluidisch an das Totvolumen 284 gekoppelt ist, beinhaltet den ringförmigen Stopfen 393, die Mittelelektrode 204 (die die Mittelelektrodenspitze 244 beinhaltet) und die Isolierung 206. Die Positionen des ringförmigen Stopfens 393, der Mittelelektrode 204 (und der Isolierung 206) sind einstellbar, wie durch die bidirektionalen Pfeile 495 bzw. 497 angegeben. 4A bildet das Vorkammersystem 400 ab, das den ringförmigen Stopfen 393, die Mittelelektrode 204 und die Isolierung 206 beinhaltet, die weiter hin zu dem ersten Ende 213 positioniert sind, während 4B das Vorkammersystem 400 abbildet, das den ringförmigen Stopfen 393, die Mittelelektrode 204 und die Isolierung 206 beinhaltet, die weiter hin zu dem zweiten Ende 211 positioniert sind. In dem Vorkammersystem 400 ändert das Bewegen (z. B. Einstellen einer axialen Position) des ringförmigen Stopfens 393, der Mittelelektrode 204 und der Isolierung 206 eine Größe des gesamten Vorkammervolumens 203, ohne eine Größe des Totvolumens 284 zu ändern. Demnach ändert sich ein Verhältnis des Totvolumens 284 zu dem gesamten Innenvolumen 203, wenn das bewegbare Element in dem Vorkammersystem 400 bewegt wird. Dementsprechend bildet 4A eine Position ab, in der das Totvolumen 284 einen kleineren Anteil des gesamten Innenvolumens 203 einnimmt, und bildet 4B eine Position ab, in der das Totvolumen 284 einen größeren Anteil des gesamten Innenvolumens 203 einnimmt. In einem Beispiel ist der ringförmige Stopfen 393 an die Isolierung 206 gekoppelt, sodass der ringförmige Stopfen 393, die Isolierung 206 und die Mittelelektrode 204 im Tandembetrieb bewegbar sind. Das Einstellen einer Position des bewegbaren Elements beinhaltet somit Bewegen des ringförmigen Stopfens 393, der Mittelelektrode 204 und der Isolierung 206 im Tandembetrieb in einer ersten Richtung hin zu dem ersten Ende 213 (z. B. weg von dem zweiten Ende 211) oder Bewegen des ringförmigen Stopfens 393, der Mittelelektrode 204 und der Isolierung 206 im Tandembetrieb in einer zweiten Richtung hin zu dem zweiten Ende 211 (z. B. weg von dem ersten Ende 213). Wenn die Position der Mittelelektrode 204 (und der Isolierung 206) eingestellt wird, ändert sich eine Größe der Funkenstrecke 240. Spezifisch erhöht das Bewegen der Mittelelektrode 204 in einer ersten Richtung hin zu dem ersten Ende 213 die Größe der Funkenstrecke 240 um den Abstand, um den die Mittelelektrode 204 bewegt wird; das Bewegen der Mittelelektrode 204 in einer zweiten Richtung hin zu dem zweiten Ende 211 verringert die Größe der Funkenstrecke 240 um den Abstand, um den die Mittelelektrode 204 bewegt wird. Demnach kann, wenn der ringförmige Stopfen 393 und die Mittelelektrode 204 im Tandembetrieb bewegt werden, ein Abstand, um den der ringförmige Stopfen 393 und die Mittelelektrode 204 bewegt werden, durch eine untere und eine obere Schwellenfunkenstrecke beschränkt sein. In einem Beispiel können die untere und die obere Schwellenfunkenstrecke abhängig von der Zündenergie und anderen Faktoren variieren. Wenn die Funkenstrecke 240 kleiner als die untere Schwellenfunkenstrecke oder größer als die obere Schwellenfunkenstrecke ist, ist die Fremdzündung in der Vorkammer unter Umständen nicht robust, was zu einer schlechten Verbrennungsqualität führt. In einem Beispiel kann die Steuerung 12 den ringförmigen Stopfen 393, die Mittelelektrode 204 und die Isolierung 206 im Tandembetrieb bewegen, während eine Funkenstrecke 240 zwischen der unteren Schwellenfunkenstrecke und der oberen Schwellenfunkenstrecke beibehalten wird, um die Verbrennungsqualität zu bewahren.
Wie in dem Beispiel aus 4A und 4B gezeigt, kann der ringförmige Stopfen 393 an einer axialen Position, die näher an der Mittelelektrodenspitze 244 als dem ersten Ende 213 ist, an die Isolierung 206 gekoppelt sein, wenn diese im Tandembetrieb bewegt werden. In anderen Beispielen kann der ringförmige Stopfen 393 jedoch an einem Mittelpunkt (entlang der Abmessung der z-Koordinate) oder an einer axialen Position, die näher an dem ersten Ende 213 der Mittelelektrode 204 ist, gekoppelt sein. Das Koppeln des ringförmigen Stopfens 393 an einer axialen Position, die näher an der Mittelelektrodenspitze 244 ist, kann das Einstellen der Position des ringförmigen Stopfens 393 über einen größeren Bereich hin zu dem ersten Ende 213 erlauben, während das Koppeln des ringförmigen Stopfens 393 an einer axialen Position, die näher an dem ersten Ende 213 ist, das Einstellen der Position des ringförmigen Stopfens 393 über einen größeren Bereich hin zu dem zweiten Ende 211 erlauben kann.
In einem anderen Beispiel kann die Position des ringförmigen Stopfens 393 unabhängig vom Einstellen der Position der Mittelelektrode 204 (und der Isolierung 206) eingestellt werden. Demnach können eine Größe der Funkenstrecke 240 und die Größe des Totvolumens 284 unabhängig eingestellt werden und können beide als Reaktion auf sich ändernde Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden.
In dem beispielhaften Vorkammersystem 400 aus 4A und 4B ist gezeigt, dass der ringförmige Stopfen 393 eine längere axiale Länge aufweist, die sich über das erste Ende 213 hinaus erstreckt. Über das erste Ende 213 hinaus kann ein Außengehäuse, dessen Material dem des Vorkammerkörpers 202 ähnelt, den ringförmigen Stopfen 393 und etwaige andere Komponenten, die sich über das erste Ende 213 hinaus erstrecken, wie etwa die Mittelelektrode 204, die Isolierung 206 und dergleichen, umschließen. Obwohl sich der ringförmige Stopfen 393 an dem ersten Ende 213 über den Körper 202 hinaus erstrecken kann, ist das Innenvolumen 203 der Vorkammer 188 fluidisch von diesen Abschnitten des ringförmigen Stopfens 393, die sich an dem ersten Ende 213 über den Körper 202 hinaus erstrecken, fluidisch entkoppelt. Mit anderen Worten sind Fluide in dem Innenvolumen 203 gegen das Austreten aus dem Innenvolumen 203 an dem ersten Ende 213 abgedichtet.
In anderen Beispielen kann das Vorkammersystem 400 einen ringförmigen Stopfen 393 beinhalten, der sich nicht über das erste Ende 213 hinaus erstreckt, analog zu dem ringförmigen Stopfen 393, der in dem Vorkammersystem 200 aus 3A und 3B abgebildet ist. In diesem Fall kann das Vorkammersystem 400 das zusätzliche Volumen 486 beinhalten, das nicht fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist, und das Einstellen des ringförmigen Stopfens 393 im Tandembetrieb mit der Mittelelektrode 204 (und der Isolierung 206) erhöht oder verringert eine Größe des Innenvolumens 203, das fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist, während die Größe des zusätzlichen Volumens 486 verringert bzw. erhöht wird. Darüber hinaus erhöht oder verringert das Einstellen des ringförmigen Stopfens 393 im Tandembetrieb mit der Mittelelektrode 204 (und der Isolierung 206) eine Größe des Totvolumens 284 als Anteil des Innenvolumens 203, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 4A und 4B beschrieben.
Der ringförmige Stopfen 393 und die Mittelelektrode 204 (und die Isolierung 206) können mittels des Aktors 225 entlang der Mittelachse 299 bewegbar sein. Zum Beispiel kann der Aktor 225 die Position des ringförmigen Stopfens 393 und der Mittelelektrode (unabhängig oder im Tandembetrieb) in einer Richtung einstellen, die parallel zu der Mittelachse 299 ist. Das Einstellen einer Position des ringförmigen Stopfens 393, ohne die Position der Mittelelektrode 204 einzustellen, erlaubt das Einstellen einer Größe des Totvolumens 284 und des zusätzlichen Volumens 386, ohne die Größe des Zündvolumens 283 einzustellen. Der Aktor 225 kann direkt an den ringförmigen Stopfen 393 und/oder die Mittelelektrode 204 gekoppelt sein und kann dadurch direkt auf den ringförmigen Stopfen 393 und/oder die Mittelelektrode 204 einwirken oder kann jeweils indirekt mittels eines Gestänges, eines Nockens usw. daran gekoppelt sein. In dem gezeigten Beispiel sind der ringförmige Stopfen 393 und/oder die Mittelelektrode 204 mittels eines Gestänges 427 an den Aktor 225 gekoppelt und somit kann eine Bewegung des Gestänges auf den ringförmigen Stopfen 393 und/oder die Mittelelektrode 204 übertragen werden. In einigen Beispielen kann der Aktor 225 die Position des ringförmigen Stopfens 393 und/oder der Mittelelektrode 204 auf Grundlage von Motorbedingungen, wie etwa des effektiven Verdichtungsverhältnisses und der Einlassventilschließsteuerzeit (IVC-Steuerzeit), der Motorlast, der Kühlmitteltemperatur, der Motordrehzahl, der AGR, der VCT, der VVT, der Kühlmitteltemperatur und/oder der Lufttemperatur, kontinuierlich variieren, um ein Verhältnis des Totvolumens 284 zu dem gesamten Vorkammervolumen, die Funkenstrecke 240 und/oder das Zündvolumen 283 einzustellen. In anderen Beispielen kann der Aktor 225 die Position des ringförmigen Stopfens 393 und/oder der Mittelelektrode 204 auf Grundlage von Motorbedingungen, wie etwa des effektiven Verdichtungsverhältnisses und der Einlassventilschließsteuerzeit (IVC-Steuerzeit), der Motorlast, der Kühlmitteltemperatur, der Motordrehzahl, der AGR, der VCT, der VVT, der Kühlmitteltemperatur und/oder der Lufttemperatur, schrittweise variieren.
In einem Beispiel kann als Reaktion darauf, dass sich die IVC-Steuerzeit vom UT nach früher bewegt oder sich vom UT nach später bewegt, die Steuerung 12 (mittels des Aktors 225) das bewegbare Element in dem Vorkammerinnenvolumen 203 bewegen, um das Verhältnis des Totvolumens 284 zu dem gesamten Vorkammerinnenvolumen 203 zu erhöhen. Somit kann die Steuerung 12 in dem Vorkammersystem 400 die Position des ringförmigen Stopfens 393 weg von dem ersten Ende 213 einstellen, um als Reaktion darauf, dass sich die IVC-Steuerzeit weiter weg vom UT bewegt (z. B. sich vom UT nach früher bewegt oder sich vom UT nach später bewegt), das gesamte Vorkammerinnenvolumen 203 zu verringern und das Verhältnis des Totvolumens 284 zu dem gesamten Vorkammerinnenvolumen 203 zu erhöhen. Darüber hinaus kann die Steuerung 12 die Position des ringförmigen Stopfens 393 hin zu dem ersten Ende 213 einstellen, um als Reaktion darauf, dass sich die IVC-Steuerzeit hin zum UT bewegt, das gesamte Vorkammerinnenvolumen 203 zu erhöhen und das Verhältnis des Totvolumens 284 zu dem gesamten Vorkammerinnenvolumen 203 zu verringern. Umgekehrt kann die Steuerung 12 als Reaktion auf eine Verringerung des gesamten Vorkammerinnenvolumens 203 und eine Erhöhung des Verhältnisses des Totvolumens 284 zu dem gesamten Vorkammerinnenvolumen 203 die IVC-Steuerzeit einstellen, indem diese die IVC-Steuerzeit vom UT nach früher oder später (z. B. weiter weg) bewegt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 5A und 5B zeigen diese eine Längsquerschnittsansicht eines Vorkammersystems 500. Das Vorkammersystem 500 ist dem Vorkammersystem 200 und dem Vorkammersystem 300 ähnlich. Demnach sind zuvor in 2A, 3A, 3B und 3C vorgestellte Komponenten in 5A und 5B identisch nummeriert. In dem Vorkammersystem 500 beinhaltet das Vorkammerinnenvolumen 203 das Zündvolumen 283 und das Totvolumen 284. Das Zündvolumen 283 beinhaltet den Abschnitt des Innenvolumens 203, der zwischen der Funkenstrecke 240 und dem zweiten Ende 211 positioniert ist, und das Totvolumen 284 beinhaltet den Abschnitt des Innenvolumens 203, der zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 positioniert ist und der fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist. In dem Vorkammersystem 500 kann sich die Masseelektrode 246 axial von der Funkenstrecke 240 proximal zu der Mittelelektrodenspitze 244 bis über den Vorkammerkörper 202 an dem ersten Ende 213 hinaus erstrecken. Auf diese Weise kann die Masseelektrode 246 den Körper 202 an dem ersten Ende 213 kontaktieren, wodurch die Masseelektrode 246 an eine elektrische Masse gekoppelt wird.
Eine vierte Ausführungsform eines bewegbaren Elements, das in dem Innenvolumen 203 zwischen dem ersten Ende 213 und der Funkenstrecke 240 positioniert und fluidisch an das Totvolumen 284 gekoppelt ist, beinhaltet die Mittelelektrode 204 (die die Mittelelektrodenspitze 244 und die Isolierung 206 beinhaltet) und die Masseelektrode 246. Die Positionen der Mittelelektrode 204 (und der Isolierung 206) und der Masseelektrode 246 sind einstellbar, wie durch die bidirektionalen Pfeile 595 bzw. 597 angegeben. 5A bildet das Vorkammersystem 400 ab, das die Mittelelektrode 204, die Isolierung 206 und die Masseelektrode 246 beinhaltet, die weiter hin zu dem zweiten Ende 211 positioniert sind, während 5B das Vorkammersystem 500 abbildet, das die Mittelelektrode 204, die Isolierung 206 und die Masseelektrode 246 beinhaltet, die weiter hin zu dem ersten Ende 213 positioniert sind.
In einem Beispiel sind die Mittelelektrode 204, die Isolierung 206 und die Masseelektrode 246 im Tandembetrieb bewegbar. Das Einstellen einer Position des bewegbaren Elements beinhaltet somit Bewegen der Mittelelektrode 204, der Isolierung 206 und der Masseelektrode 246 im Tandembetrieb in einer ersten Richtung hin zu dem ersten Ende 213 (z. B. weg von dem zweiten Ende 211) oder Bewegen der Mittelelektrode 204, der Isolierung 206 und der Masseelektrode 246 im Tandembetrieb in einer zweiten Richtung hin zu dem zweiten Ende 211 (z. B. weg von dem ersten Ende 213). Darüber hinaus stellt das Einstellen der Position der Mittelelektrode 204 und der Masseelektrode 246 zudem eine axiale Position der Funkenstrecke 240 ein. Spezifisch bewegt das Bewegen der Mittelelektrode 204 im Tandembetrieb mit der Masseelektrode 246 in einer ersten Richtung hin zu dem ersten Ende 213 die Funkenstrecke 240 hin zu dem ersten Ende und erhöht dadurch die Größe des Zündvolumens 283, während eine Größe des Totvolumens 284 verringert wird und eine Größe des Innenvolumens 203 beibehalten wird; das Bewegen der Mittelelektrode 204 im Tandembetrieb mit der Masseelektrode 246 in einer zweiten Richtung hin zu dem zweiten Ende 211 bewegt die Funkenstrecke 240 hin zu dem zweiten Ende und verringert dadurch die Größe des Zündvolumens 283, während eine Größe des Totvolumens 284 erhöht wird und eine Größe des Innenvolumens 203 beibehalten wird.
In einem anderen Beispiel kann die Position der Mittelelektrode 204 unabhängig vom Einstellen der Position der Masseelektrode 246 eingestellt werden. Demnach können eine Größe der Funkenstrecke 240 und die Größe des Totvolumens 284 gleichzeitig eingestellt werden und können beide als Reaktion auf sich ändernde Motorbetriebsbedingungen unabhängig eingestellt werden.
Die Mittelelektrode 204 und die Masseelektrode 246 können mittels des Aktors 225 entlang der Mittelachse 299 bewegbar sein. Zum Beispiel kann der Aktor 225 die Position der Mittelelektrode 204 und der Masseelektrode 246 (unabhängig oder im Tandembetrieb) in einer Richtung einstellen, die parallel zu der Mittelachse 299 ist. Das Einstellen einer Position der Mittelelektrode 204 im Tandembetrieb mit dem Einstellen der Position der Masseelektrode 246 erlaubt das Einstellen einer Größe des Totvolumens 284, während die Größe des Zündvolumens 283 eingestellt wird (das Vorkammerinnenvolumen 203 bleibt konstant). Der Aktor 225 kann direkt an die Mittelelektrode 204 und/oder die Masseelektrode 246 gekoppelt sein und kann dadurch direkt auf die Mittelelektrode 204 und/oder die Masseelektrode 246 einwirken oder kann jeweils indirekt mittels eines Gestänges, eines Nockens usw. daran gekoppelt sein. In dem gezeigten Beispiel sind die Mittelelektrode 204 und/oder die Masseelektrode 246 mittels eines Gestänges 527 an den Aktor 225 gekoppelt und somit kann eine Bewegung des Gestänges auf die Mittelelektrode 204 und/oder die Masseelektrode 246 übertragen werden. In einigen Beispielen kann der Aktor 225 die Position der Mittelelektrode 204 und/oder der Masseelektrode 246 auf Grundlage von Motorbedingungen, wie etwa des effektiven Verdichtungsverhältnisses und der Einlassventilschließsteuerzeit (IVC-Steuerzeit), der Motorlast, der Kühlmitteltemperatur, der Motordrehzahl, der AGR, der VCT, der VVT, der Kühlmitteltemperatur und/oder der Lufttemperatur, kontinuierlich variieren, um eine Größe des Totvolumens 284, die Funkenstrecke 240 und/oder das Zündvolumen 283 einzustellen. In anderen Beispielen kann der Aktor 225 die Position der Mittelelektrode 204 und/oder der Masseelektrode 246 auf Grundlage von Motorbedingungen, wie etwa des effektiven Verdichtungsverhältnisses und der Einlassventilschließsteuerzeit (IVC-Steuerzeit), der Motorlast, der Kühlmitteltemperatur, der Motordrehzahl, der AGR, der VCT, der VVT, der Kühlmitteltemperatur und/oder der Lufttemperatur, schrittweise variieren.
In einem Beispiel kann als Reaktion darauf, dass sich die IVC-Steuerzeit vom UT nach früher bewegt oder sich vom UT nach später bewegt, die Steuerung 12 (mittels des Aktors 225) das bewegbare Element in dem Vorkammerinnenvolumen 203 bewegen, um das Totvolumen 284 zu erhöhen. Somit kann die Steuerung 12 in dem Vorkammersystem 500 die Position der Mittelelektrode 204 im Tandembetrieb mit dem Einstellen der Position der Masseelektrode 246 weg von dem ersten Ende 213 einstellen, um als Reaktion darauf, dass sich die IVC-Steuerzeit weiter weg vom UT bewegt (z. B. sich vom UT nach früher bewegt oder sich vom UT nach später bewegt), das Totvolumen 284 zu erhöhen, während das Zündvolumen 283 verringert wird. Darüber hinaus kann die Steuerung 12 die Position der Mittelelektrode 204 im Tandembetrieb mit dem Einstellen der Position der Masseelektrode 246 hin zu dem ersten Ende 213 einstellen, um als Reaktion darauf, dass sich die IVC-Steuerzeit hin zum UT bewegt, das Totvolumen 284 zu verringern, während das Zündvolumen 283 erhöht wird. Umgekehrt kann die Steuerung 12 als Reaktion auf eine Erhöhung des Totvolumens 284 die IVC-Steuerzeit einstellen, indem diese die IVC-Steuerzeit vom UT nach früher oder später bewegt.
Auf diese Weise beinhaltet ein Motor einen Motorzylinder, der an einen Zylinderkopf gekoppelt ist, und eine Vorkammer. Die Vorkammer beinhaltet ein erstes Ende proximal zu dem Zylinderkopf, eine Funkenstrecke und Vorkammerwände, die ein Innenvolumen, das ein Totvolumen beinhaltet, umschließen, wobei das Totvolumen das ganze Innenvolumen beinhaltet, das zwischen dem ersten Ende und der Funkenstrecke positioniert ist. Die Vorkammer beinhaltet ferner ein bewegbares Element, das in dem Innenvolumen positioniert und fluidisch an das Totvolumen gekoppelt ist, wobei Bewegen des bewegbaren Elements ein Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen ändert. In einem ersten Beispiel für den Motor beinhaltet die Vorkammer ferner eine Mittelelektrode, wobei die Mittelelektrode entlang einer Mittelachse der Vorkammer positioniert ist und sich von dem ersten Ende zu der Funkenstrecke erstreckt, und sind zwischen dem ersten Ende und der Funkenstrecke die Mittelelektrode, das Innenvolumen und die Vorkammerwände konzentrisch um die Mittelachse. In einem zweiten Beispiel für den Motor, das optional das erste Beispiel für den Motor beinhaltet, beinhaltet das bewegbare Element ein Ventil, wobei Öffnen des Ventils das Totvolumen erhöht. In einem dritten Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels für den Motor beinhaltet, verringert Schließen des Ventils das Totvolumen. In einem vierten Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels für den Motor beinhaltet, beinhaltet das bewegbare Element einen ringförmigen Stopfen, der um eine Mittelelektrode positioniert ist, wobei Bewegen des ringförmigen Stopfens hin zu dem ersten Ende das Totvolumen erhöht. In einem fünften Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels für den Motor beinhaltet, verringert Bewegen des ringförmigen Stopfens weg von dem ersten Ende das Totvolumen. In einem sechsten Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels für den Motor beinhaltet, beinhaltet das bewegbare Element einen ringförmigen Stopfen, der um eine Mittelelektrode positioniert und an diese gekoppelt ist, wobei Bewegen des ringförmigen Stopfens und der Mittelelektrode hin zu dem ersten Ende das Innenvolumen erhöht und das Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen verringert. In einem siebten Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels für den Motor beinhaltet, verringert Bewegen des ringförmigen Stopfens und der Mittelelektrode weg von dem ersten Ende das Innenvolumen und erhöht das Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen. In einem achten Beispiel für den Motor, das optional eines oder mehrere des ersten bis siebten Beispiels für den Motor beinhaltet, ist die Funkenstrecke zwischen einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode positioniert, und wobei das bewegbare Element die Mittelelektrode und die Masseelektrode beinhaltet, wobei Bewegen der Mittelelektrode und der Masseelektrode hin zu dem ersten Ende das Totvolumen verringert.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 7, 8A und 8B sind Ablaufdiagramme gezeigt, die Verfahren 700, 800 und 802 zum Betreiben einer Vorkammer 188 eines Vorkammersystems, wie etwa der Vorkammersysteme 200, 300, 400 und/oder 500, in einem Motor 10 darstellen. Die Verfahren aus 7, 8A und 8B sind darauf gerichtet, ein bewegbares Element der Vorkammer 188 zu bewegen, um ein Totvolumen 284 zu erhöhen oder zu verringern. Wie bereits beschrieben, kann das Bewegen des bewegbaren Elements, um das Totvolumen 284 zu erhöhen oder zu verringern, Erhöhen bzw. Verringern des Totvolumens 284 als Prozentsatz des gesamten Vorkammerinnenvolumens 203 beinhalten, das fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist. Anweisungen zum Ausführen der Verfahren 700, 800 und 802 können durch eine Steuerung 12 auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung 12 gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Motors, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung 12 kann Motoraktoren des Motors 10 einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen. Die Ausführung der Verfahren 700, 800 und 802 kann auf eine oder mehrere Vorkammern 188 des Motors 10 angewendet werden.
Bei 710 beinhaltet das Verfahren 700 Schätzen und/oder Messen von Betriebsbedingungen. Die Motorbetriebsbedingungen können zum Beispiel das effektive Verdichtungsverhältnis, die IVC-Steuerzeit, die Motordrehzahl, -last, die AGR, die VCT/VVT, die Kühlmitteltemperatur und/oder die Lufttemperatur und dergleichen beinhalten. Die Motorbetriebsbedingungen können durch einen oder mehrere Sensoren gemessen werden, die kommunikativ an die Steuerung 12 gekoppelt sind, oder können auf Grundlage von verfügbaren Daten abgeleitet werden. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 die Motorlast durch Eingeben einer Drosselposition und eines Messwerts eines Luftmassenstromsensors (MAF-Sensors) in ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Kennfelder oder Funktionen schätzen, die die Motorlast ausgeben können. Als ein anderes Beispiel kann die Motorlast als Reaktion auf das Krümmervakuum bestimmt werden, das über einen Drucksensor bestimmt oder auf Grundlage einer Motordrehzahl und eines Luftmassenstroms geschätzt wird. Als ein anderes Beispiel kann die Motortemperatur durch einen Motorkühlmitteltemperatursensor gemessen werden, wie etwa den ECT-Sensor 112 aus 1. Als noch ein anderes Beispiel kann die Fahrpedalposition durch einen Fahrpedalpositionssensor gemessen werden, wie etwa den Fahrpedalpositionssensor 118 aus 1, und kann die Bremspedalposition durch einen Bremspedalpositionssensor gemessen werden, wie etwa den Bremspedalpositionssensor 119 aus 1. Zusammen können die Fahrpedalposition und die Bremspedalposition eine geforderte Menge an Motordrehmoment angeben.
Bei 712 beinhaltet das Verfahren 700 Positionieren der Mittelelektrode 204 der Vorkammer 188 entlang einer Mittelachse 299 der Vorkammer. Die Mittelachse 299 kann eine Längsachse beinhalten, um die die Vorkammer Rotationssymmetrie aufweist. Als Nächstes beinhaltet das Verfahren 700 bei 714 Anordnen der Masseelektrode 246, sodass die Funkenstrecke 240 entlang der Mittelachse 299 der Vorkammer positioniert ist. Bei 716 wird das Verfahren 700 durch Umschließen des Innenvolumens 203 der Vorkammer 188 mit den Vorkammerwänden fortgesetzt. Die Vorkammerwände können den Vorkammerkörper 202 und die Vorkammerhülse 235 sowie die Vorkammerkappe 234 beinhalten. Als Nächstes beinhaltet das Verfahren 700 bei 718 Anordnen der Mittelelektrode 204, des Innenvolumens 203 und der Vorkammerwände konzentrisch um die Mittelachse 299. In einem Beispiel bilden das Innenvolumen 203 und die Vorkammerwände aufeinanderfolgende konzentrische kreiszylindrische Schichten um die Mittelachse 299. Bei 720 beinhaltet das Verfahren 700 Positionieren von Öffnungen an dem zweiten Ende der Vorkammer symmetrisch um die Mittelachse 299. In den Schritten 712 bis 720 sind Elemente der Vorkammer dazu konfiguriert, die Rotationssymmetrie darin zu bewahren, sodass eine Einheitlichkeit der Wärme- und Massenübertragung in der gesamten Vorkammer 188 erhöht wird. Darüber hinaus reduziert das Bewahren der Rotationssymmetrie in dem Vorkammersystem Regionen mit niedriger Strömung oder Wärmeübertragung wie etwa Toträume, wodurch Wärme- und Massenübertragungsbeschränkungen in dem Vorkammersystem während des Motorbetriebs reduziert werden. Da die Vorkammerzündung, die Funkengenerierung und Ausbreitung von Flammenstrahlen aus der Vorkammer 188 in den Zylinder 130 beinhaltet, in einem sehr schnellen und dynamischen Zeitrahmen auftritt (wie in dieser Schrift unter Bezugnahme auf 6 beschrieben), kann das Reduzieren der Wärme- und Massenübertragungsbeschränkung in der Vorkammer dabei behilflich sein, die Verbrennungsrobustheit zu erhöhen und Motorfehlzündungen zu reduzieren.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren 700 bei 724 Positionieren eines bewegbaren Elements in dem Innenvolumen 203 zwischen dem ersten Ende 213 der Vorkammer 188 und der Funkenstrecke 240. Wie unter Bezugnahme auf 2A, 3A, 3B, 3D, 4A und 4B beschrieben, kann das bewegbare Element durch verschiedene Ausführungsformen dargestellt sein, wie etwa ein oder mehrere Ventile, einen ringförmigen Stopfen, einen ringförmigen Stopfen und die Mittelelektrode sowie die Mittel- und die Masseelektrode. Darüber hinaus stellt das Bewegen eines oder mehrerer der bewegbaren Elemente eine Größe des Totvolumens 284 ein. Abhängig von der Konfiguration des bewegbaren Elements kann das Bewegen des bewegbaren Elements das Totvolumen 284 ändern, während das Zündvolumen 283 geändert wird, oder das Totvolumen 284 ändern, ohne das Zündvolumen 283 zu ändern. In jeder Ausführungsform ändert das Bewegen des bewegbaren Elements die Größe des Totvolumens 284 und/oder ändert das Totvolumen 284 als Anteil des gesamten Vorkammerinnenvolumens 203. Darüber hinaus ändert in den Ausführungsformen aus 2A, 2B, 3A, 3B, 4A und 4B das Bewegen des bewegbaren Elements die Größe des gesamten Vorkammerinnenvolumens 203, das fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist. Noch ferner ändert in der Ausführungsform aus 5A und 5B das Bewegen des bewegbaren Elements die Größe des gesamten Vorkammerinnenvolumens 203, das fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist, nicht.
Als Nächstes wird das Verfahren 700 bei 730 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 bestimmen kann, ob eine Änderung der IVC-Steuerzeit detektiert wird. In einem Beispiel kann eine Änderung der IVC-Steuerzeit detektiert werden, wenn sich die IVC-Steuerzeit im Vergleich zu der vorherigen IVC-Steuerzeit um mehr als einen Schwellenwert für den IVC-Steuerzeitunterschied ändert. In einem Beispiel kann der Schwellenwert für den IVC-Steuerzeitunterschied 5 Grad beinhalten. Mit anderen Worten kann eine Änderung der IVC-Steuerzeit detektiert werden, wenn sich die IVC-Steuerzeit im Vergleich zu der vorherigen IVC-Steuerzeit um 5 Grad oder mehr nach früher bewegt oder sich um 5 Grad oder mehr nach später bewegt. Im Allgemeinen kann die IVC-Steuerzeit abhängig von Motorbetriebsbedingungen über einen Bereich von 50 bis 80 Grad variieren, mit erwarteten Schwingungen während des stationären Motorbetriebs von 2 bis 4 Grad. In dem Fall, dass der Mechanismus für die IVC-Steuerzeit variable Nockenwellensteuerzeit oder variable Nockenwellenverstellung beinhaltet, kann die Steuerung 12 Änderungen der IVC-Steuerzeit durch Messen von Änderungen der Nockenwellensteuerzeit bestimmen, die mittels Polrädern an der Nockenwelle und der Kurbelwelle angegeben werden. In anderen Fällen kann die Steuerung 12 eine Angabe der IVC-Steuerzeit und der Änderungen der IVC-Steuerzeit durch Messen der Nockenöffnungsdauer (mit oder ohne Änderung des Ventilhubs) empfangen. Als Reaktion auf den Fall, dass eine Änderung der IVC-Steuerzeit detektiert wird, wird das Verfahren 700 bei 736 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 das bewegbare Element bewegt, um eine Änderung des Totvolumens zu bewirken, was Ändern eines Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen beinhaltet.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 8A bestimmt das Verfahren 800 auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen die erwünschte Änderung des Totvolumens und die entsprechende Vorgehensweise, um das bewegbare Element zu bewegen, um die erwünschte Änderung des Totvolumens zu bewirken. Bei 810 des Verfahrens 800 bestimmt die Steuerung 12, ob sich die IVC-Steuerzeit relativ zum UT erhöht, z. B. ob sich die IVC weiter weg vom UT bewegt. Die IVC-Steuerzeit relativ zum UT kann sich erhöhen, falls die IVC-Steuerzeit um mehr als den Schwellenwert für den IVC-Steuerzeitunterschied früher oder später als die vorherige IVC-Steuerzeit ist. Für den Fall, dass sich die IVC-Steuerzeit relativ zum UT erhöht (z. B., falls eine IVC vor dem UT früher wird oder falls eine IVC nach dem UT später wird), wird das Verfahren 800 bei 812 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 das bewegbare Element bewegt, um das Totvolumen zu erhöhen (was Erhöhen eines Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen beinhaltet), da das effektive Verdichtungsverhältnis durch eine frühere/spätere IVC-Steuerzeit relativ zum UT reduziert wird. In dem Beispiel für das Vorkammersystem 200 kann die Steuerung 12 das eine oder die mehreren Ventile 293 und 295 öffnen, um zusätzliche Volumina 286 und 288 fluidisch an das Totvolumen 284 zu koppeln, wodurch die zusätzlichen Volumina 286 und 288 in das Totvolumen 284 einbezogen werden und die Größe davon erhöht wird. In dem Beispiel für das Vorkammersystem 300 kann die Steuerung 12 den ringförmigen Stopfen 393 weiter hin zu dem ersten Ende 213 bewegen, wodurch eine Größe des Totvolumens 284 erhöht wird. In dem Vorkammersystem 400 kann die Steuerung 12 den ringförmigen Stopfen 393 und die Mittelelektrode 204 weg von dem ersten Ende 213 bewegen, wodurch das gesamte Vorkammervolumen verringert wird und das Totvolumen 284 als Anteil des gesamten Vorkammervolumens erhöht wird. In dem Vorkammersystem 500 kann die Steuerung 12 die Mittelelektrode 204 und die Masseelektrode 246 weiter hin zu dem zweiten Ende 211 (z. B. weiter weg von dem ersten Ende 213) bewegen, wodurch eine Größe des Totvolumens 284 erhöht wird, während eine Größe des Zündvolumens 283 verringert wird.
Darüber hinaus behält das Bewegen des bewegbaren Elements zum Vergrößern des Totvolumens 284 die Rotationssymmetrie des Totvolumens 284 um die Mittelachse 299 bei. Insbesondere erhöht sich die Größe des Totvolumens 824, während seine Rotationssymmetrie um die Mittelachse 299 beibehalten wird. Zum Beispiel kann zusätzliches Volumen auf rotationssymmetrische Weise um die Mittelachse 299 in das Totvolumen 284 einbezogen werden. Dementsprechend strömt während der Zylinderverdichtung restliches verbranntes Gas auf rotationssymmetrische Weise aus dem Zündvolumen 283 zu dem Totvolumen 284, selbst wenn sich eine Größe des Totvolumens 284 ändert.
Für den Fall, dass sich die IVC-Steuerzeit relativ zum UT verringert (z. B. weniger früh oder weniger später wird, indem diese sich näher zum UT bewegt), wird das Verfahren 800 bei 814 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 das bewegbare Element bewegt, um das Totvolumen zu verringern (was Verringern eines Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen beinhaltet), da das effektive Verdichtungsverhältnis durch eine weniger frühe/spätere IVC-Steuerzeit relativ zum UT erhöht wird. In dem Beispiel für das Vorkammersystem 200 kann die Steuerung 12 das eine oder die mehreren Ventile 293 und 295 schließen, um zusätzliche Volumina 286 und 288 fluidisch von dem Totvolumen 284 zu entkoppeln, wodurch die zusätzlichen Volumina 286 und 288 von dem Totvolumen 284 entkoppelt werden und die Größe des Totvolumens 284 verringert wird. In dem Beispiel für das Vorkammersystem 300 kann die Steuerung 12 den ringförmigen Stopfen 393 weiter hin zu dem zweiten Ende 211 bewegen, wodurch eine Größe des Totvolumens 284 verringert wird. In dem Vorkammersystem 400 kann die Steuerung 12 den ringförmigen Stopfen 393 und/oder die Mittelelektrode 204 weiter hin zu dem ersten Ende 213 bewegen, wodurch das gesamte Vorkammervolumen erhöht wird und das Totvolumen 284 als Anteil des gesamten Vorkammervolumens verringert wird. In dem Vorkammersystem 500 kann die Steuerung 12 die Mittelelektrode 204 und die Masseelektrode 246 weiter hin zu dem ersten Ende 213 bewegen, wodurch eine Größe des Totvolumens 284 verringert wird, während eine Größe des Zündvolumens 283 erhöht wird.
Darüber hinaus behält das Bewegen des bewegbaren Elements zum Verringern des Totvolumens 284 die Rotationssymmetrie des Totvolumens 284 um die Mittelachse 299 bei. Insbesondere verringert sich die Größe des Totvolumens 824, während seine Rotationssymmetrie um die Mittelachse 299 beibehalten wird. Zum Beispiel kann zusätzliches Volumen auf rotationssymmetrische Weise um die Mittelachse 299 fluidisch von dem Totvolumen 284 entkoppelt werden. Dementsprechend strömt während der Zylinderverdichtung restliches verbranntes Gas auf rotationssymmetrische Weise aus dem Zündvolumen 283 zu dem Totvolumen 284, selbst wenn sich eine Größe des Totvolumens 284 ändert.
Im Anschluss an 812 und 814 kehrt das Verfahren 800 zu Verfahren 700 nach 736 zurück. Unter Rückkehr zu 7 endet das Verfahren 700 nach 736. Unter Rückkehr zu 730 wird für den Fall, dass eine Änderung der IVC-Steuerzeit nicht detektiert wird, das Verfahren 700 bei 738 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 das derzeitige Vorkammertotvolumen beibehält. Das Beibehalten des derzeitigen Vorkammertotvolumens kann beinhalten, dass die Steuerung 12 eine Position des bewegbaren Elements in dem Innenvolumen 203 beibehält. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 für das Vorkammersystem 200 eine prozentuale offene oder geschlossene Position des einen oder der mehreren Ventile 293 und 295 beibehalten. Für das Vorkammersystem 300 kann die Steuerung 12 eine axiale Position des ringförmigen Stopfens 393 beibehalten. Für das Vorkammersystem 400 kann die Steuerung 12 eine axiale Position des ringförmigen Stopfens 393 und/oder der Mittelelektrode 204 beibehalten. Für das Vorkammersystem 500 kann die Steuerung 12 eine Position der Mittelelektrode 204 und der Masseelektrode 246 beibehalten.
Als Nächstes wird das Verfahren 700 bei 740 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 bestimmt, ob es eine Änderung des Totvolumens 284 gegeben hat. Eine Änderung des Totvolumens 284 kann bestimmt werden, falls sich das Totvolumen um mehr als einen Schwellenwert für den Volumenunterschied erhöht oder verringert hat. In einem anderen Beispiel kann eine Änderung des Totvolumens bestimmt werden, falls sich eine Position eines oder mehrerer bewegbarer Elemente in dem Innenvolumen 203 um mehr als einen Schwellenbetrag ändert. In dem Vorkammersystem 200 kann eine Änderung des Totvolumens bestimmt werden, falls sich eine Position eines oder mehrerer Ventile 293 und 295 um mehr als eine Schwellenänderung der Ventilposition geändert hat. In dem Vorkammersystem 300 kann eine Änderung des Totvolumens bestimmt werden, falls sich eine Position des ringförmigen Stopfens 393 um mehr als einen Schwellenbetrag geändert hat. In dem Vorkammersystem 400 kann eine Änderung des Totvolumens bestimmt werden, falls sich eine Position des ringförmigen Stopfens 393 und/oder der Mittelelektrode 204 um mehr als einen Schwellenbetrag geändert hat. In dem Vorkammersystem 500 kann eine Änderung des Totvolumens bestimmt werden, falls sich eine Position der Mittelelektrode 204 und/oder der Masseelektrode 246 um mehr als einen Schwellenbetrag geändert hat.
In einem anderen Beispiel kann eine Änderung des Totvolumens 284 eine Änderung des Totvolumens 284 im Vergleich zu einem erwünschten Totvolumen oder Sollwert-Totvolumen beinhalten. Demnach kann die Steuerung 12 bestimmen, dass sich das Totvolumen 284 um mehr als den Schwellenbetrag ändert, wenn sich ein Unterschied zwischen dem Totvolumen 284 und dem erwünschten Totvolumen um mehr als den Schwellenbetrag ändert. Insbesondere kann sich der Unterschied zwischen dem Totvolumen 284 und dem erwünschten Totvolumen auf Grundlage einer Änderung des Totvolumens 284 und/oder einer Änderung des erwünschten Totvolumens (z. B. Sollwert-Totvolumens) ändern. Das erwünschte Totvolumen kann durch die Steuerung 12 auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen vorbestimmt sein. In einem Beispiel kann die Steuerung 12 für den Fall, dass sich ein erwünschtes Totvolumen als Reaktion auf sich ändernde Motorbetriebsbedingungen ändert, aber das Totvolumen aufgrund eines Fehlermodus oder einer Fahrzeugbetriebsbedingung als Reaktion darauf nicht so sehr wie erwünscht geändert wird, bestimmen, dass sich ein Unterschied zwischen dem Totvolumen 284 und dem erwünschten Totvolumen um mehr als den Schwellenbetrag ändert. Als Reaktion darauf, dass sich der Unterschied zwischen dem Totvolumen 284 und dem erwünschten Totvolumen um mehr als den Schwellenbetrag ändert, kann die Steuerung 12 die IVC-Steuerzeit einstellen.
Für den Fall, dass eine Änderung des Totvolumens bestimmt wird, wird das Verfahren 700 bei 746 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 die IVC-Steuerzeit relativ zum UT gemäß dem Verfahren 802 ändert. Unter nunmehriger Bezugnahme auf 8B beginnt das Verfahren 802 bei 850, wo die Steuerung 12 bestimmt, ob die Änderung des Totvolumens beinhaltet, dass sich das Totvolumen (was ein Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen beinhaltet) seit der letzten Bestimmung erhöht hat. In dem Vorkammersystem 200 kann eine Erhöhung des Totvolumens bestimmt werden, falls eine Position eines oder mehrerer Ventile 293 und 295 in eine weiter offene Position bewegt worden ist. In dem Vorkammersystem 300 kann eine Erhöhung des Totvolumens bestimmt werden, falls der ringförmige Stopfen 393 hin zu dem ersten Ende 213 bewegt worden ist. In dem Vorkammersystem 400 kann eine Erhöhung eines Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen bestimmt werden, falls der ringförmige Stopfen 393 und/oder die Mittelelektrode 204 weg von dem ersten Ende 213 bewegt worden sind. In dem Vorkammersystem 500 kann eine Erhöhung eines Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen bestimmt werden, falls die Mittelelektrode 204 und/oder die Masseelektrode 246 hin zu dem zweiten Ende 211 bewegt worden sind.
Für den Fall, dass eine Erhöhung des Totvolumens bestimmt wird, wird das Verfahren 802 bei 852 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 die IVC-Steuerzeit relativ zum UT erhöht. Mit anderen Worten kann die Steuerung 12 die VVT und/oder den VV-Hub einstellen, um die IVC-Steuerzeit weiter weg (z. B. nach früher oder später) vom UT zu bewegen, wodurch das effektive Verdichtungsverhältnis als Reaktion auf die Erhöhung des Totvolumens verringert wird. Unter Rückkehr zu 850 wird für den Fall, dass eine Erhöhung des Totvolumens nicht bestimmt wird (z. B. eine Verringerung des Totvolumens und/oder eine Verringerung eines Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen bestimmt wird), das Verfahren 802 bei 854 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 die IVC-Steuerzeit relativ zum UT verringert. Mit anderen Worten kann die Steuerung 12 die VVT und/oder den VV-Hub einstellen, um die IVC-Steuerzeit näher (z. B. weniger früh oder weniger spät vom UT) zu bewegen, wodurch das effektive Verdichtungsverhältnis als Reaktion auf die Erhöhung des Totvolumens erhöht wird. Nach 852 und 854 kehrt das Verfahren 802 zu Verfahren 700 nach 746 zurück. Unter Rückkehr zu 7 endet das Verfahren 700 nach 746.
Unter Rückkehr zu 740 wird für den Fall, dass die Steuerung 12 bestimmt, dass sich das Totvolumen nicht geändert hat, das Verfahren 700 bei 748 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 die derzeitige IVC-Steuerzeit relativ zum UT beibehält. Nach 736, 746 und 748 endet das Verfahren 700.
Auf diese Weise beinhaltet ein Verfahren für einen Motor, wobei der Motor einen Motorzylinder, einen Zylinderkopf und eine Vorkammer beinhaltet, Umschließen eines Innenvolumens der Vorkammer mit Vorkammerwänden, Positionieren einer Funkenstrecke in dem Innenvolumen, wobei das Innenvolumen ein Totvolumen beinhaltet, wobei das Totvolumen das ganze Innenvolumen beinhaltet, das zwischen einem ersten Ende der Vorkammer und der Funkenstrecke positioniert ist, wobei das erste Ende der Vorkammer proximal zu dem Zylinderkopf ist, Positionieren eines bewegbaren Elements in dem Innenvolumen, wobei das bewegbare Element fluidisch an das Totvolumen gekoppelt ist, und Variieren des Totvolumens, was Variieren eines Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen beinhaltet, durch Bewegen des bewegbaren Elements. In einem ersten Beispiel beinhaltet das Verfahren ferner Positionieren von Öffnungen an einem zweiten Ende der Vorkammer und fluidisches Koppeln des Innenvolumens an den Motorzylinder mittels der Öffnungen, wobei die Vorkammerwände das Innenvolumen der Vorkammer mit Ausnahme der Öffnungen umschließen und wobei das zweite Ende distal zu dem Zylinderkopf positioniert ist. In einem zweiten Beispiel, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet das Verfahren ferner, wobei das Variieren des Totvolumens Bewegen des bewegbaren Elements umfasst, um das Totvolumen zu variieren, ohne ein Zündvolumen zu ändern, wobei das Zündvolumen das ganze Innenvolumen zwischen der Funkenstrecke und den Öffnungen beinhaltet. In einem dritten Beispiel, das optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, beinhaltet das Verfahren ferner, wobei das Variieren des Totvolumens Bewegen des bewegbaren Elements umfasst, um das Totvolumen zu variieren, während das Zündvolumen geändert wird. In einem vierten Beispiel, das optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet das Verfahren ferner, wobei das Variieren des Totvolumens durch Bewegen des bewegbaren Elements Bewegen des bewegbaren Elements als Reaktion auf eine Änderung einer Einlassventilschließsteuerzeit beinhaltet. In einem fünften Beispiel, das optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, beinhaltet das Verfahren ferner Ändern einer Einlassventilschließsteuerzeit als Reaktion auf eine Änderung des Totvolumens.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 9 veranschaulicht diese eine Zeitachse 900 zum Betreiben eines Motors, der eine einstellbare Vorkammer beinhaltet, wie etwa die Vorkammersysteme aus 2A, 3A, 3B, 3D, 4A, 4B, 5A und 5B. Es sind Trendlinien für die IVC-Steuerzeit 910, die Position des bewegbaren Elements 920, das Totvolumen 930, die Zündvolumina 940 und 944, das Innenvolumen 950 und 954 sowie das effektive Verdichtungsverhältnis 960 gezeigt. Zudem sind die IVC-Steuerzeit am UT 914, ein Schwellenwert für die Änderung der IVC-Steuerzeit 912, ein Schwellenwert für die Änderung der Position des bewegbaren Elements 922 und ein Schwellenwert für die Änderung des Totvolumens 932 gezeigt.
In Bezug auf die Trendlinie 920 kann eine höhere Position des bewegbaren Elements einer Position des bewegbaren Elements entsprechen, in der das Totvolumen höher ist (und/oder höher als Anteil des Vorkammerinnenvolumens), und kann eine niedrigere Position des bewegbaren Elements einer Position des bewegbaren Elements entsprechen, in der das Totvolumen niedriger ist (und/oder niedriger als Anteil des Vorkammerinnenvolumens). Dementsprechend kann die Trendlinie 930 eine Größe des Totvolumens und/oder eine Größe des Totvolumens als Anteil des Vorkammerinnenvolumens darstellen. Zum Beispiel kann für das Vorkammersystem 200 eine höhere Position des bewegbaren Elements dem entsprechen, wenn eines oder mehrere der Ventile 293 und 295 offen sind, und kann eine niedrigere Position des bewegbaren Elements dem entsprechen, wenn eines oder mehrere der Ventile 293 und 295 geschlossen sind. Gleichermaßen kann für das Vorkammersystem 300 eine höhere Position des bewegbaren Elements dem entsprechen, wenn der ringförmige Stopfen 393 weiter hin zu dem ersten Ende 213 bewegt ist, und kann eine niedrigere Position des bewegbaren Elements dem entsprechen, wenn dieser weiter weg von dem ersten Ende 213 (z. B. weiter hin zu dem zweiten Ende 211) bewegt ist. Darüber hinaus kann für das Vorkammersystem 400 eine höhere Position des bewegbaren Elements dem entsprechen, wenn der ringförmige Stopfen 393 (und die Mittelelektrode 204) weiter weg von dem ersten Ende 213 (z. B. hin zu dem zweiten Ende 211) bewegt ist, und kann eine niedrigere Position des bewegbaren Elements dem entsprechen, wenn dieser weiter hin zu dem ersten Ende 213 (z. B. weiter weg von dem zweiten Ende 211) bewegt ist. Noch ferner kann für das Vorkammersystem 500 eine höhere Position des bewegbaren Elements dem entsprechen, wenn die Mittelelektrode 204 und die Masseelektrode 246 weiter weg von dem ersten Ende 213 (z. B. hin zu dem zweiten Ende 211) bewegt sind, und kann eine niedrigere Position des bewegbaren Elements dem entsprechen, wenn diese weiter hin zu dem ersten Ende 213 (z. B. weiter weg von dem zweiten Ende 211) bewegt sind.
Zwei Trendlinien für das Zündvolumen 940 und 944 sind zu Veranschaulichungszwecken beinhaltet; die Trendlinie 940 kann dem Zündvolumen für ein Vorkammersystem wie etwa das Vorkammersystem 200, 300 und 400 entsprechen, während die Trendlinie 944 dem Zündvolumen für ein Vorkammersystem 500 entsprechen kann. Zwei Trendlinien für das Innenvolumen 950 und 954 sind zu Veranschaulichungszwecken beinhaltet, die beide eine Größe des Innenvolumens darstellen, das fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist (z. B. keine zusätzlichen Volumina wie etwa die zusätzlichen Volumina 286, 386 und 486 beinhalten); die Trendlinie 950 kann dem Innenvolumen für ein Vorkammersystem wie etwa das Vorkammersystem 200, 300 und 400 entsprechen, während die Trendlinie 954 dem Innenvolumen für ein Vorkammersystem 500 entsprechen kann.
Von Zeitpunkt 0 bis Zeitpunkt t1 ist die IVC-Steuerzeit konstant bei einem Wert, der etwas später als der UT ist, und das Totvolumen ist konstant bei einem niedrigeren Wert. Da die Änderung der IVC-Steuerzeit kleiner als der Schwellenwert für die Änderung der IVC-Steuerzeit 912 ist und da die Änderung des Totvolumens kleiner als der Schwellenwert für die Änderung des Totvolumens 932 ist, behält die Steuerung 12 die IVC-Steuerzeit und die Position des bewegbaren Elements laut Verfahren 700, 800 und 802 bei. Dementsprechend bleiben das Zündvolumen und das effektive Verdichtungsverhältnis konstant, ebenso wie das Innenvolumen.
Zu Zeitpunkt t1 wird die IVC-Steuerzeit von etwas später als der UT auf weiter später als der UT eingestellt, was eine Änderung der IVC-Steuerzeit bewirkt, die größer als der Schwellenwert für die Änderung der IVC-Steuerzeit 912 ist. In einem Beispiel kann die IVC-Steuerzeit während Fahrbedingungen, bei denen eine Motorlast niedrig ist, auf weiter später als der UT eingestellt werden, um die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen. Wenn die IVC-Steuerzeit auf später als der UT (z. B. weiter weg von diesem) eingestellt wird, verringert sich die Trendlinie für das effektive Motorverdichtungsverhältnis 960 zu Zeitpunkt t1 auf einen niedrigeren Wert. Als Reaktion darauf, dass die Änderung der IVC-Steuerzeit größer als der Schwellenwert für die Änderung der IVC-Steuerzeit 912 ist, kann die Steuerung 12 die Position des bewegbaren Elements 920 auf einen höheren Wert ändern, was eine Größe des Vorkammertotvolumens 930 erhöht.
Im Fall eines Vorkammersystems wie etwa der Vorkammersysteme 200, 300 und 400 ändert das Bewegen des bewegbaren Elements (z. B. Öffnen oder Schließen der Ventile 293 und 294 oder Bewegen des ringförmigen Stopfens 393 und dergleichen) eine Größe des Totvolumens 284, ohne eine Größe des Zündvolumens 283 zu ändern. Dementsprechend bleibt die Trendlinie für das Zündvolumen 940 zu Zeitpunkt t1 konstant. Für den Fall eines Vorkammersystems wie etwa des Vorkammersystems 500 entspricht das Bewegen des bewegbaren Elements dem Bewegen der Mittelelektrode 204 und der Masseelektrode 246, was damit einhergehend eine Größe des Zündvolumens 283 ändert, wenn eine Größe des Totvolumens 284 geändert wird. Insbesondere wird zu Zeitpunkt t1 die Größe des Zündvolumens 283 reduziert, während eine Größe des Totvolumens 284 erhöht wird, was dem Bewegen der Mittelelektrode 204 und der Masseelektrode 246 weg von dem ersten Ende 213 entspricht. Dementsprechend verringert sich die Trendlinie für das Zündvolumen 944 zu Zeitpunkt t1.
Im Fall eines Vorkammersystems wie etwa der Vorkammersysteme 200, 300 und 400 ändert das Bewegen des bewegbaren Elements eine Größe des Innenvolumens 203, das fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist. Insbesondere wird zu Zeitpunkt t1 die Größe des Innenvolumens 203, das fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist, erhöht, wenn eine Größe des Totvolumens 284 erhöht wird. Somit erhöht sich die Trendlinie für das Innenvolumen 950 zu Zeitpunkt t1. Im Fall eines Vorkammersystems wie etwa des Vorkammersystems 500 bleibt das Innenvolumen 203 konstant, während das bewegbare Element bewegt wird. Dementsprechend bleibt die Trendlinie für das Innenvolumen 954 konstant, da das Bewegen des bewegbaren Elements eine Größe des Totvolumens 284 und eine Größe des Zündvolumens 283 ändert, ohne eine Größe des Innenvolumens 203 zu ändern.
Als Nächstes wird zu Zeitpunkt t2 das Totvolumen 284 um mehr als eine Schwellenänderung des Totvolumens 932 erhöht und wird das bewegbare Element auf eine höhere Position geändert, die einer Änderung der Position entspricht, die größer als der Schwellenwert für die Änderung der Position des bewegbaren Elements 922 ist. Als Reaktion auf die Änderung der Größe des Totvolumens, die größer als der Schwellenwert für die Änderung des Totvolumens 932 ist, ändert die Steuerung 12 die IVC-Steuerzeit so, dass diese weiter später als der UT (z. B. weiter weg von diesem) ist. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf das Verfahren 700 bei 740 beschrieben, kann die Änderung der Größe des Totvolumens, die größer als der Schwellenwert für die Änderung des Totvolumens ist, beinhalten, dass sich ein Unterschied zwischen dem gemessenen Totvolumen und einem erwünschten Totvolumen über einen Schwellenwert für die Änderung des Totvolumens hinaus erhöht. Darüber hinaus kann die Steuerung 12 als Reaktion darauf, dass bestimmt wird, dass sich ein Unterschied zwischen dem gemessenen Totvolumen und einem erwünschten Totvolumen über einen Schwellenwert für die Änderung des Totvolumens hinaus erhöht, die IVC-Steuerzeit so einstellen, dass diese weiter weg vom UT ist.
Im Fall eines Vorkammersystems wie etwa der Vorkammersysteme 200, 300 und 400 ändert das Bewegen des bewegbaren Elements (z. B. Öffnen oder Schließen der Ventile 293 und 294 oder Bewegen des ringförmigen Stopfens 393) eine Größe des Totvolumens 284, ohne eine Größe des Zündvolumens 283 zu ändern. Dementsprechend bleibt die Trendlinie für das Zündvolumen 940 zu Zeitpunkt t2 konstant. Für den Fall eines Vorkammersystems wie etwa des Vorkammersystems 500 entspricht das Bewegen des bewegbaren Elements dem Bewegen der Mittelelektrode 204 und der Masseelektrode 246, was damit einhergehend eine Größe des Zündvolumens 283 ändert, wenn eine Größe des Totvolumens 284 geändert wird. Insbesondere wird zu Zeitpunkt t2 die Größe des Zündvolumens 283 reduziert, während eine Größe des Totvolumens 284 erhöht wird, was dem Bewegen der Mittelelektrode 204 und der Masseelektrode 246 weg von dem ersten Ende 213 entspricht. Für den Fall der Vorkammersysteme 200, 300 und 400 ändert das Bewegen des bewegbaren Elements eine Größe des Innenvolumens 203, das fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist. Insbesondere erhöht sich die Trendlinie für das Innenvolumen 950 zu Zeitpunkt t2, wenn eine Größe des Totvolumens 284 erhöht wird. Für ein Vorkammersystem 500 bleibt die Trendlinie für das Innenvolumen 954 konstant, da das Bewegen des bewegbaren Elements eine Größe des Totvolumens 284 ändert, ohne eine Größe des Innenvolumens 203 zu ändern. Als Nächstes wird zu Zeitpunkt t3 die IVC-Steuerzeit auf früher eingestellt, von weiter später als der UT zu weniger später als der UT, was eine Änderung der IVC-Steuerzeit bewirkt, die größer als der Schwellenwert für die Änderung der IVC-Steuerzeit 912 ist. In einem Beispiel kann die IVC-Steuerzeit während Fahrbedingungen, bei denen sich eine Motorlast erhöht, wie etwa beim Bergauffahren, auf weniger später als der UT eingestellt werden, um die Leistungsausgabe aus dem Motor zu erhöhen. Wenn die IVC-Steuerzeit auf weniger später als der UT eingestellt wird, erhöht sich die Trendlinie für das effektive Motorverdichtungsverhältnis 960 zu Zeitpunkt t3 auf einen höheren Wert. Als Reaktion darauf, dass die Änderung der IVC-Steuerzeit größer als der Schwellenwert für die Änderung der IVC-Steuerzeit 912 ist, kann die Steuerung 12 die Position des bewegbaren Elements 920 auf einen niedrigeren Wert ändern, was eine Größe des Vorkammertotvolumens 930 verringert. Im Fall eines Vorkammersystems wie etwa der Vorkammersysteme 200, 300 und 400 ändert das Bewegen des bewegbaren Elements (z. B. Öffnen oder Schließen der Ventile 293 und 294 oder Bewegen des ringförmigen Stopfens 393) eine Größe des Totvolumens 284, ohne eine Größe des Zündvolumens 283 zu ändern. Dementsprechend bleibt die Trendlinie für das Zündvolumen 940 zu Zeitpunkt t3 konstant. Für den Fall eines Vorkammersystems wie etwa des Vorkammersystems 500 entspricht das Bewegen des bewegbaren Elements dem Bewegen der Mittelelektrode 204 und der Masseelektrode 246, was damit einhergehend eine Größe des Zündvolumens 283 ändert, wenn eine Größe des Totvolumens 284 geändert wird. Insbesondere wird zu Zeitpunkt t3 die Größe des Zündvolumens 283 erhöht, während eine Größe des Totvolumens 284 verringert wird, was dem Bewegen der Mittelelektrode 204 und der Masseelektrode 246 hin zu dem ersten Ende 213 entspricht.
Für den Fall der Vorkammersysteme 200, 300 und 400 ändert das Bewegen des bewegbaren Elements eine Größe des Innenvolumens 203, das fluidisch an die Funkenstrecke 240 gekoppelt ist. Insbesondere verringert sich die Trendlinie für das Innenvolumen 950 zu Zeitpunkt t3, wenn eine Größe des Totvolumens 284 verringert wird. Für ein Vorkammersystem 500 bleibt die Trendlinie für das Innenvolumen 954 konstant, da das Bewegen des bewegbaren Elements eine Größe des Totvolumens 284 ändert, ohne eine Größe des Innenvolumens 203 zu ändern.
Auf diese Weise beinhaltet ein Motorsystem einen Motor, der einen Motorzylinder mit einem Zylinderkopf und eine Vorkammer beinhaltet. Die Vorkammer beinhaltet ein erstes Ende proximal zu dem Zylinderkopf, eine Funkenstrecke, Vorkammerwände, die ein Innenvolumen, das ein Totvolumen beinhaltet, umschließen, wobei das Totvolumen das ganze Innenvolumen beinhaltet, das zwischen dem ersten Ende und der Funkenstrecke positioniert ist, und ein bewegbares Element, das in dem Innenvolumen positioniert und fluidisch an das Totvolumen gekoppelt ist, wobei Bewegen des bewegbaren Elements ein Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen ändert. Das Motorsystem beinhaltet ferner eine Steuerung, die in nicht transitorischem Speicher darauf gespeicherte ausführbare Anweisungen zum Bewegen des bewegbaren Elements als Reaktion auf eine Änderung von Motorbetriebsbedingungen beinhaltet. In einem ersten Beispiel beinhaltet das Motorsystem ferner, wobei das bewegbare Element ein Ventil umfasst und wobei die ausführbaren Anweisungen ferner Erhöhen des Totvolumens durch Öffnen des Ventils als Reaktion darauf beinhalten, dass sich eine Einlassventilschließsteuerzeit weiter weg vom unteren Totpunkt bewegt. In einem zweiten Beispiel, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet das Motorsystem ferner, wobei das bewegbare Element einen ringförmigen Stopfen umfasst und die ausführbaren Anweisungen ferner Erhöhen des Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen durch Bewegen des ringförmigen Stopfens hin zu dem ersten Ende als Reaktion darauf beinhalten, dass sich eine Einlassventilschließsteuerzeit weiter weg vom unteren Totpunkt bewegt. In einem dritten Beispiel, das optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, beinhaltet das Motorsystem ferner, wobei das bewegbare Element ferner eine Mittelelektrode und einen ringförmigen Stopfen, der um die Mittelelektrode positioniert ist, umfasst, wobei die Mittelelektrode an den ringförmigen Stopfen gekoppelt ist und die ausführbaren Anweisungen ferner Erhöhen des Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen durch Bewegen des ringförmigen Stopfens weg von dem ersten Ende als Reaktion darauf beinhalten, dass sich eine Einlassventilschließsteuerzeit weiter weg vom unteren Totpunkt bewegt. In einem vierten Beispiel, das optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet das Motorsystem ferner, wobei das bewegbare Element eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode umfasst, wobei die Funkenstrecke zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode positioniert ist und wobei die ausführbaren Anweisungen ferner Erhöhen des Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen durch Bewegen der Mittelelektrode und der Masseelektrode weg von dem ersten Ende als Reaktion darauf beinhalten, dass sich eine Einlassventilschließsteuerzeit weiter weg vom unteren Totpunkt bewegt.
Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Des Weiteren sollen die Ausdrücke „erstes“, „zweites“, „drittes“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, keine Reihenfolge, Position, Menge oder Bedeutung bezeichnen, sondern sie werden lediglich als Benennungen zum Unterscheiden 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.
Im in dieser Schrift verwendeten Sinne ist der Ausdruck „ungefähr“ als plus oder minus fünf Prozent des Bereichs auszulegen, es sei denn, es wird etwas anderes vorgegeben.
Die folgenden Patentansprüche heben gewisse 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 beinhalten 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 beinhaltet betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Motor bereitgestellt, der einen Motorzylinder, der an einen Zylinderkopf gekoppelt ist, und eine Vorkammer beinhaltet, wobei die Vorkammer Folgendes aufweist: ein erstes Ende proximal zu dem Zylinderkopf, eine Funkenstrecke, Vorkammerwände, die ein Innenvolumen, das ein Totvolumen beinhaltet, umschließen, wobei das Totvolumen das ganze Innenvolumen beinhaltet, das zwischen dem ersten Ende und der Funkenstrecke positioniert ist, und ein bewegbares Element, das in dem Innenvolumen positioniert und fluidisch an das Totvolumen gekoppelt ist, wobei Bewegen des bewegbaren Elements ein Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen ändert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorkammer ferner eine Mittelelektrode, wobei die Mittelelektrode entlang einer Mittelachse der Vorkammer positioniert ist und sich von dem ersten Ende zu der Funkenstrecke erstreckt, und sind zwischen dem ersten Ende und der Funkenstrecke die Mittelelektrode, das Innenvolumen und die Vorkammerwände konzentrisch um die Mittelachse.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das bewegbare Element ein Ventil, wobei Öffnen des Ventils das Totvolumen erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform verringert Schließen des Ventils das Totvolumen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das bewegbare Element einen ringförmigen Stopfen, der um eine Mittelelektrode positioniert ist, wobei Bewegen des ringförmigen Stopfens hin zu dem ersten Ende das Totvolumen erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform verringert Bewegen des ringförmigen Stopfens weg von dem ersten Ende das Totvolumen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das bewegbare Element einen ringförmigen Stopfen, der um eine Mittelelektrode positioniert und an diese gekoppelt ist, wobei Bewegen des ringförmigen Stopfens und der Mittelelektrode hin zu dem ersten Ende das Innenvolumen erhöht und das Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen verringert.
Gemäß einer Ausführungsform verringert Bewegen des ringförmigen Stopfens und der Mittelelektrode weg von dem ersten Ende das Innenvolumen und erhöht das Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Funkenstrecke zwischen einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode positioniert, und wobei das bewegbare Element die Mittelelektrode und die Masseelektrode beinhaltet, wobei Bewegen der Mittelelektrode und der Masseelektrode hin zu dem ersten Ende das Totvolumen verringert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für einen Motor, wobei der Motor einen Motorzylinder, einen Zylinderkopf und eine Vorkammer beinhaltet, Folgendes: Umschließen eines Innenvolumens der Vorkammer mit Vorkammerwänden, Positionieren einer Funkenstrecke in dem Innenvolumen, wobei das Innenvolumen ein Totvolumen beinhaltet, wobei das Totvolumen das ganze Innenvolumen beinhaltet, das zwischen einem ersten Ende der Vorkammer und der Funkenstrecke positioniert ist, wobei das erste Ende der Vorkammer proximal zu dem Zylinderkopf ist, Positionieren eines bewegbaren Elements in dem Innenvolumen, wobei das bewegbare Element fluidisch an das Totvolumen gekoppelt ist, und Variieren des Totvolumens, was Variieren eines Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen beinhaltet, durch Bewegen des bewegbaren Elements.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Positionieren von Öffnungen an einem zweiten Ende der Vorkammer und fluidisches Koppeln des Innenvolumens an den Motorzylinder mittels der Öffnungen, wobei die Vorkammerwände das Innenvolumen der Vorkammer mit Ausnahme der Öffnungen umschließen und wobei das zweite Ende distal zu dem Zylinderkopf positioniert ist.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Variieren des Totvolumens Bewegen des bewegbaren Elements, um das Totvolumen zu variieren, ohne ein Zündvolumen zu ändern, wobei das Zündvolumen das ganze Innenvolumen zwischen der Funkenstrecke und den Öffnungen beinhaltet.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Variieren des Totvolumens Bewegen des bewegbaren Elements, um das Totvolumen zu variieren, während das Zündvolumen geändert wird.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Variieren des Totvolumens durch Bewegen des bewegbaren Elements Bewegen des bewegbaren Elements als Reaktion auf eine Änderung einer Einlassventilschließsteuerzeit.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Ändern einer Einlassventilschließsteuerzeit als Reaktion auf eine Änderung des Totvolumens.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Motorsystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Motor, der einen Motorzylinder mit einem Zylinderkopf und eine Vorkammer beinhaltet, wobei die Vorkammer Folgendes beinhaltet: ein erstes Ende proximal zu dem Zylinderkopf, eine Funkenstrecke, Vorkammerwände, die ein Innenvolumen, das ein Totvolumen beinhaltet, umschließen, wobei das Totvolumen das ganze Innenvolumen beinhaltet, das zwischen dem ersten Ende und der Funkenstrecke positioniert ist, ein bewegbares Element, das in dem Innenvolumen positioniert und fluidisch an das Totvolumen gekoppelt ist, wobei Bewegen des bewegbaren Elements ein Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen ändert, und eine Steuerung, die in nicht transitorischem Speicher darauf gespeicherte ausführbare Anweisungen zum Bewegen des bewegbaren Elements als Reaktion auf eine Änderung von Motorbetriebsbedingungen beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das bewegbare Element ein Ventil, und wobei die ausführbaren Anweisungen ferner Erhöhen des Totvolumens durch Öffnen des Ventils als Reaktion darauf beinhalten, dass sich eine Einlassventilschließsteuerzeit weiter weg vom unteren Totpunkt bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das bewegbare Element einen ringförmigen Stopfen und beinhalten die ausführbaren Anweisungen ferner Erhöhen des Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen durch Bewegen des ringförmigen Stopfens hin zu dem ersten Ende als Reaktion darauf, dass sich eine Einlassventilschließsteuerzeit weiter weg vom unteren Totpunkt bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das bewegbare Element ferner eine Mittelelektrode und einen ringförmigen Stopfen, der um die Mittelelektrode positioniert ist, wobei die Mittelelektrode an den ringförmigen Stopfen gekoppelt ist und die ausführbaren Anweisungen ferner Erhöhen des Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen durch Bewegen des ringförmigen Stopfens weg von dem ersten Ende als Reaktion darauf beinhalten, dass sich eine Einlassventilschließsteuerzeit weiter weg vom unteren Totpunkt bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das bewegbare Element eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode, wobei die Funkenstrecke zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode positioniert ist und wobei die ausführbaren Anweisungen ferner Erhöhen des Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen durch Bewegen der Mittelelektrode und der Masseelektrode weg von dem ersten Ende als Reaktion darauf beinhalten, dass sich eine Einlassventilschließsteuerzeit weiter weg vom unteren Totpunkt bewegt.

Claims

Motor, der einen Motorzylinder, der an einen Zylinderkopf gekoppelt ist, und eine Vorkammer beinhaltet, wobei die Vorkammer Folgendes umfasst: ein erstes Ende proximal zu dem Zylinderkopf, eine Funkenstrecke, Vorkammerwände, die ein Innenvolumen, das ein Totvolumen beinhaltet, umschließen, wobei das Totvolumen das ganze Innenvolumen beinhaltet, das zwischen dem ersten Ende und der Funkenstrecke positioniert ist, und ein bewegbares Element, das in dem Innenvolumen positioniert und fluidisch an das Totvolumen gekoppelt ist, wobei Bewegen des bewegbaren Elements ein Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen ändert.
Motor nach Anspruch 1, wobei die Vorkammer ferner eine Mittelelektrode umfasst, wobei die Mittelelektrode entlang einer Mittelachse der Vorkammer positioniert ist und sich von dem ersten Ende zu der Funkenstrecke erstreckt, und zwischen dem ersten Ende und der Funkenstrecke die Mittelelektrode, das Innenvolumen und die Vorkammerwände konzentrisch um die Mittelachse sind.
Motor nach Anspruch 1, wobei das bewegbare Element ein Ventil beinhaltet, wobei Öffnen des Ventils das Totvolumen erhöht.
Motor nach Anspruch 3, wobei Schließen des Ventils das Totvolumen verringert.
Motor nach Anspruch 1, wobei das bewegbare Element einen ringförmigen Stopfen beinhaltet, der um eine Mittelelektrode positioniert ist, wobei Bewegen des ringförmigen Stopfens hin zu dem ersten Ende das Totvolumen erhöht.
Motor nach Anspruch 5, wobei Bewegen des ringförmigen Stopfens weg von dem ersten Ende das Totvolumen verringert.
Motor nach Anspruch 1, wobei das bewegbare Element einen ringförmigen Stopfen beinhaltet, der um eine Mittelelektrode positioniert und an diese gekoppelt ist, wobei Bewegen des ringförmigen Stopfens und der Mittelelektrode hin zu dem ersten Ende das Innenvolumen erhöht und das Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen verringert.
Motor nach Anspruch 7, wobei Bewegen des ringförmigen Stopfens und der Mittelelektrode weg von dem ersten Ende das Innenvolumen verringert und das Verhältnis des Totvolumens zu dem Innenvolumen erhöht.
Motor nach Anspruch 1, wobei die Funkenstrecke zwischen einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode positioniert ist und wobei das bewegbare Element die Mittelelektrode und die Masseelektrode beinhaltet, wobei Bewegen der Mittelelektrode und der Masseelektrode hin zu dem ersten Ende das Totvolumen verringert.
Verfahren für einen Motor, wobei der Motor einen Motorzylinder, einen Zylinderkopf und eine Vorkammer beinhaltet, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Umschließen eines Innenvolumens der Vorkammer mit Vorkammerwänden, Positionieren einer Funkenstrecke in dem Innenvolumen, wobei das Innenvolumen ein Totvolumen beinhaltet, wobei das Totvolumen das ganze Innenvolumen beinhaltet, das zwischen einem ersten Ende der Vorkammer und der Funkenstrecke positioniert ist, wobei das erste Ende der Vorkammer proximal zu dem Zylinderkopf ist, Positionieren eines bewegbaren Elements in dem Innenvolumen, wobei das bewegbare Element fluidisch an das Totvolumen gekoppelt ist, und Variieren des Totvolumens, was Variieren eines Verhältnisses des Totvolumens zu dem Innenvolumen beinhaltet, durch Bewegen des bewegbaren Elements.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend Positionieren von Öffnungen an einem zweiten Ende der Vorkammer und fluidisches Koppeln des Innenvolumens an den Motorzylinder mittels der Öffnungen, wobei die Vorkammerwände das Innenvolumen der Vorkammer mit Ausnahme der Öffnungen umschließen und wobei das zweite Ende distal zu dem Zylinderkopf positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Variieren des Totvolumens Bewegen des bewegbaren Elements umfasst, um das Totvolumen zu variieren, ohne ein Zündvolumen zu ändern, wobei das Zündvolumen das ganze Innenvolumen zwischen der Funkenstrecke und den Öffnungen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Variieren des Totvolumens Bewegen des bewegbaren Elements umfasst, um das Totvolumen zu variieren, während das Zündvolumen geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Variieren des Totvolumens durch Bewegen des bewegbaren Elements Bewegen des bewegbaren Elements als Reaktion auf eine Änderung einer Einlassventilschließsteuerzeit beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend Ändern einer Einlassventilschließsteuerzeit als Reaktion auf eine Änderung des Totvolumens.