DE102017125946A1

DE102017125946A1 - Vorkammer-zündsystem

Info

Publication number: DE102017125946A1
Application number: DE102017125946.5A
Authority: DE
Inventors: Brad Alan VanDerWege
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2018-05-09
Also published as: US20180128157A1; CN108060971A; RU2719254C2; US10364738B2; RU2017135601A; RU2017135601A3; CN108060971B

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für ein Vorkammer-Zündsystem bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Vorkammer-Zündsystem eine Vorkammer, die sich in eine Brennkammer erstreckt, einen Kolbenvorsprung, der zum Passen durch eine untere Öffnung der Vorkammer geformt ist, und eine Vielzahl von Öffnungen, die durch eine Seitenwand der Vorkammer gebildet werden, beinhalten. Ein Verfahren für das Vorkammer-Zündsystem beinhaltet das Einstellen eines Zündzeitpunkts innerhalb der Vorkammer und das Drücken des Vorsprungs in die Vorkammer, um Luft/Kraftstoff innerhalb einer Hauptkammer zu zünden.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme für ein Vorkammer-Zündsystem für einen Verbrennungsmotor.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
Ein Verbrennungsmotor beinhaltet eine Vielzahl von Zylindern, die durch einen Motorblock gebildet sind. Jeder Zylinder wird durch einen Zylinderkopf abgeschlossen und die Zylinder und Zylinderköpfe bilden gemeinsam eine Vielzahl von Brennkammern. Jede Brennkammer beinhaltet einen darin angeordneten Kolben. In einem Beispiel kann der Verbrennungsmotor durch eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen mit Kraftstoff (z. B. Benzin, Diesel usw.) versorgt werden. Jede Brennkammer ist konfiguriert, ein Gemisch aus Kraftstoff und einem brennbaren Gas (z. B. Luft) zu verbrennen. Die Brennkammern nehmen Luft über ein Ansaugsystem auf, das einen oder mehrere Ansaugstutzen beinhaltet, die an jede Brennkammer gekoppelt sind. Jeder Ansaugstutzen beinhaltet ein darin angeordnetes Einlassventil. Der eingespritzte Kraftstoff und die Luft können sich vermischen und innerhalb jeder Brennkammer verbrannt werden. Die durch die Verbrennung entstehenden Gase können anschließend aus jeder Brennkammer über ein Abgassystem austreten, das einen oder mehrere Auslassstutzen beinhaltet, die an jede Brennkammer gekoppelt sind, wobei separate Auslassventile innerhalb jedes Auslassstutzens angeordnet sind.
Fahrzeuge, die einen Verbrennungsmotor beinhalten, der, wie vorstehend beschrieben, zur Direkteinspritzung konfiguriert ist, kann zusätzlich ein Abgasrückführungs-(AGR-)System beinhalten. Das AGR-System leitet einen Teil des Abgases vom Abgassystem zum Ansaugsystem zurück, um Verbrennungstemperaturen zu kühlen und Drosselverluste zu verringern, wodurch Fahrzeugemissionen und Kraftstoffeffizienz verbessert werden. Dennoch kann in einigen Beispielen das Verdünnen von Ansauggasen mit Abgasen über das AGR-System zu einer Verbrennungsinstabilität und verringerten Verbrennungsraten führen.
Versuche, die Verbrennungsinstabilität und Verbrennungsraten zu beheben, beinhalten das fluidische Koppeln jeder Brennkammer mit einer separaten Vorkammer. Ein beispielhafter Ansatz wird von Attard im US-Patent Nr. 2012/0103302 gezeigt. Darin wird ein Zündsystem für einen Verbrennungsmotor offenbart, wobei das Zündsystem eine Vorkammer beinhaltet, die an eine Brennkammer gekoppelt und innerhalb eines Innenraums eines Zylinderkopfes gebildet ist. Die Vorkammer beinhaltet eine Düse, die von einem proximalen Abschnitt der Vorkammer entfernt positioniert ist. Ein Zünderabschnitt einer Zündvorrichtung zündet den Kraftstoff innerhalb der Vorkammer und die teilweise verbrannten Vorkammerprodukte werden nach unten durch Öffnungen in der Vorkammer gezwungen, um eine Hauptkraftstoffladung innerhalb der Brennkammer zu zünden. Ein weiterer beispielhafter Ansatz wird von Tozzi im US-Patent Nr. 7.922.551 dargestellt. Darin wird eine Zündkerze offenbart, die einen zylindrischen Mantel mit einer Vorkammer beinhaltet, wobei der zylindrische Mantel durch eine Abschlusskappe, die eine Vielzahl von Löchern beinhaltet, abgeschlossen wird. Die Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemischs kann innerhalb der Vorkammer erfolgen und eine Wolke der verbrannten Materialien aus der Vorkammer kann das Kraftstoff/Luft-Gemisch in einer Hauptbrennkammer zünden.
Allerdings haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung mögliche Probleme im Zusammenhang mit derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann eine Geometrie einer Vorkammer (wie etwa eine durch einen zylindrischen Mantel der Zündkerze gebildete Vorkammer oder eine innerhalb eines Zylinderkopfes gebildete Vorkammer) nicht für Motorbetriebsbedingungen optimiert sein, bei denen eine relativ große Menge an AGR-Gasen mit frischer Ansaugluft gemischt wird. Obwohl zum Beispiel die Vorkammer konfiguriert sein kann, eine Brennbarkeit eines Luft/Kraftstoff-Gemischs zu erhöhen, indem ein Druck und eine Temperatur des Gemischs innerhalb der Vorkammer erhöht werden, können Verbrennungsgase innerhalb der Vorkammer gefangen bleiben, wodurch eine Verbrennung während folgender Verbrennungszyklen gehemmt wird, indem frische Ansaugluft mit den innerhalb der Vorkammer gefangenen Gasen verdünnt wird.
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein System behoben werden, das Folgendes umfasst: eine Brennkammer, die durch einen Zylinder gebildet wird der durch einen Zylinderkopf abgeschlossen ist; eine Vorkammer, die durch den Zylinderkopf gebildet wird, wobei sich die Vorkammer vom Zylinderkopf weg und in den Zylinder erstreckt; und einen Kolben, der innerhalb des Zylinders angeordnet ist, wobei der Kolben einen Vorsprung beinhaltet, der so geformt ist, dass er in die Vorkammer passt. Als ein Beispiel beinhaltet eine Vielzahl von Öffnungen, die durch eine Seitenwand der Vorkammer gebildet sind, und der Vorsprung des Kolbens drückt durch eine untere Öffnung der Vorkammer in die Vorkammer. Eine Spitze einer ersten Zündkerze ist innerhalb der Vorkammer angeordnet und kann durch eine Steuerung betätigt werden, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Vorkammer zu zünden. Das teilweise verbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch kann aus den Öffnungen der Vorkammer nach außen und in die Brennkammer spritzen, wodurch ein Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Brennkammer gezündet wird. In einem anderen Beispiel kann ein Zündzeitpunkt der Vorkammer durch die Steuerung als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden. Indem das System auf diese Weise konfiguriert wird, kann ein Druck und eine Temperatur des Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Vorkammer erhöht werden, wodurch eine Brennbarkeit des Luft/Kraftstoff-Gemischs erhöht wird. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Vorkammer kann gesteuert werden, indem der Zündzeitpunkt innerhalb der Vorkammer eingestellt wird, und die Motorleistung kann erhöht werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die ausführliche Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in jeglichem Teil dieser Offenbarung genannte Nachteile beheben.
Figurenliste

1 bildet schematisch ein Motorsystem ab, das einen Verbrennungsmotor und mindestens eine Brennkammer beinhaltet.
Die 2A - 2B stellen Seitenansichten von zwei beispielhaften Positionen eines Kolbens mit einem Vorsprung, der innerhalb einer Brennkammer einschließlich einer Vorkammer angeordnet ist, dar.
3 stellt einen Zylinderkopf dar, der die Brennkammer aus den 2A - 2B abschließt, betrachtet von innerhalb der Brennkammer.
4 stellt den Kolben aus den 2A - 2B dar, betrachtet von innerhalb der Brennkammer.
5 stellte eine perspektivische Ansicht der durch den Zylinderkopf gebildeten Vorkammer aus den 2A - 2B dar.
6 stellt eine perspektivische Ansicht des Kolbens aus den 2A - 2B, der innerhalb der Brennkammer angeordnet ist, und den Zylinderkopf dar, der die Brennkammer abschließt.
7 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Drücken eines innerhalb einer Hauptbrennkammer angeordneten Kolbenvorsprungs in eine Vorkammer und Verbrennen eines Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammer.
8 veranschaulicht Schritte zum Einstellen eines Zündzeitpunkts einer Zündkerze, die innerhalb der Vorkammer angeordnet ist, als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen.
9 veranschaulicht Schritte zum Einstellen eines Zündzeitpunkts einer Zündkerze, die innerhalb der Hauptbrennkammer angeordnet ist, als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen.

Die 2A - 6 sind maßstabsgetreu gezeigt, wenngleich auch andere relative Abmessungen verwendet werden können.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Systeme und Verfahren für ein Vorkammer-Zündsystem für einen Verbrennungsmotor. Ein Motorsystem, wie etwa das durch 1 dargestellte Motorsystem, beinhaltet einen Verbrennungsmotor, der konfiguriert ist, ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zu verbrennen. Der Motor beinhaltet mindestens eine Brennkammer, die durch einen Motorzylinder, einen Kolben und einen Zylinderkopf, der diese abschließt, gebildet wird. Die Brennkammer beinhaltet ein Vorkammer-Zündsystem, wie etwa das durch die 2A - 2B dargestellte Vorkammer-Zündsystem. Das Vorkammer-Zündsystem beinhaltet eine Vorkammer, die durch den Zylinderkopf gebildet wird und innerhalb der Brennkammer angeordnet ist (wie durch 3 dargestellt), und einen Kolben mit einem Vorsprung, der so geformt ist, dass er in die Vorkammer passt (wie durch 4 dargestellt). Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann teilweise innerhalb der Vorkammer verbrennen und das teilweise verbrannte Gemisch kann durch mindestens eine Öffnung, die entlang eines äußeren Umfangs der Vorkammer angeordnet ist (wie durch 5 dargestellt) getrieben werden, indem der Vorsprung des Kolbens in die Vorkammer gedrückt wird. In einem Beispiel ist die Vorkammer von einer Mittellinie des Zylinders entfernt positioniert und der Vorsprung des Kolbens ist vertikal in einer Linie mit der Vorkammer positioniert, wie durch 6 dargestellt. Ein Verfahren zur Verbrennung innerhalb der Brennkammer ist durch 7 dargestellt, wobei eine Vielzahl von Schritten zum Einstellen eines Zündzeitpunkts einer innerhalb der Vorkammer angeordneten Zündkerze durch 8 darstellt ist und eine Vielzahl von Schritten zum Einstellen eines Zündzeitpunkts einer innerhalb einer Hauptkammer der Brennkammer angeordneten Zündkerze durch 9 dargestellt ist.
1 stellt schematisch ein Verbrennungssystem 100 dar, das in einem beispielhaften Motorsystem 166 enthalten ist. Das Verbrennungssystem 100 beinhaltet einen Zylinderkopf 182 und eine Vielzahl von Kolben (wie etwa der Kolben 110). Jeder Kolben ist in einer separaten Brennkammer einer Vielzahl von Brennkammern (wie etwa die Brennkammer 180) enthalten. Der Zylinderkopf 182 kann eine obere Fläche jeder Brennkammer der Vielzahl von Brennkammern bilden, wie untenstehend mit Bezug auf die 2A - 6 beschrieben. Das Motorsystem 166 (welches das Verbrennungssystem 100 beinhaltet) wird hierin mit Bezug auf 1 beschrieben, während in einem Verbrennungssystem, wie etwa dem Verbrennungssystem 100, enthaltene Komponenten (z. B. Zylinderkopfflächen, Kolbenflächen usw.) nachstehend im Anschluss an die Beschreibung von 1 und Bezug auf die 2A - 6 detaillierter beschrieben werden.
Das durch 1 abgebildete Schema stellt das Motorsystem 166 dar, wobei das Motorsystem 166 einen Motor 168, ein Ansaugsystem 170, ein Abgassystem 172 und das Verbrennungssystem 100 beinhaltet. Der Motor 168 kann ebenfalls einen Turbolader 174 mit einem Verdichter 184, der innerhalb des Ansaugsystems 170 angeordnet ist, und einer Turbine 186, die innerhalb des Abgassystems 172 angeordnet ist, beinhalten. Der Verdichter 184 ist an die Turbine 186 durch eine Welle 171 gekoppelt und wird durch die Drehbewegung der Turbine 186 angetrieben. Insbesondere wird Frischluft entlang eines Ansaugkanals 181 über einen Luftreiniger 183 in den Motor 168 eingebracht und strömt zu dem Verdichter 184. Der Verdichter kann ein beliebiger geeigneter Ansaugluftverdichter, wie etwa ein von einem Elektromotor angetriebener oder von einer Antriebswelle angetriebener Kompressorverdichter, sein. In dem Motorsystem 166 ist der Verdichter jedoch ein Turboladerverdichter, der mechanisch über eine Welle 171 an die Turbine 186 gekoppelt ist, und wobei die Turbine 186 durch sich ausdehnende Motorabgase zum Drehen angetrieben wird. In einer Ausführungsform können der Verdichter und die Turbine innerhalb eines Twin-Scroll-Turboladers gekoppelt sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Turbolader ein Variable-Turbinengeometrie-Lader (VTG-Lader) sein, wobei die Turbinengeometrie aktiv als eine Funktion der Motordrehzahl variiert wird.
Wie in 1 dargestellt, ist der Verdichter 184 durch den Ladeluftkühler 185 an das Drosselventil 187 gekoppelt. Das Drosselventil 187 ist an einen Motoransaugkrümmer 176 gekoppelt. Aus dem Verdichter strömt die verdichtete Luftfüllung durch den Ladeluftkühler 185 und das Drosselventil 187 zu dem Ansaugkrümmer 176. Der Ladeluftkühler 185 kann zum Beispiel ein Luft-Luft- oder Wasser-Luft-Wärmetauscher sein.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der Druck der Luftfüllung innerhalb des Ansaugkrümmers 176 durch den Krümmerluftdruck-(manifold air pressure - MAP- )Sensor 175 erfasst. Ein Verdichter-Bypass-Ventil (nicht dargestellt) kann zwischen dem Einlass und dem Auslass des Verdichters 184 in Reihe gekoppelt sein. Das Verdichter-Bypass-Ventil kann ein normal geschlossenes Ventil sein, das konfiguriert ist, sich unter ausgewählten Betriebsbedingungen zu öffnen, um übermäßigen Ladedruck abzulassen. Beispielsweise kann das Verdichter-Bypass-Ventil während Bedingungen einer abnehmenden Motordrehzahl geöffnet werden, um ein Verdichterpumpen zu verhindern.
Der Ansaugkrümmer 176 ist an eine Vielzahl von Brennkammern (wie etwa die Brennkammer 180) durch eine Vielzahl von Ansaugstutzen (wie den Ansaugstutzen 106) gekoppelt. Jeder Ansaugstutzen beinhaltet mindestens ein Einlassventil (wie etwa das Einlassventil 102). Die Brennkammern (die hierin als Zylinder bezeichnet werden können) sind ferner an den Abgaskrümmer 178 über eine Vielzahl von Abgasstutzen (wie etwa den Abgasstutzen 108) gekoppelt. Jeder Abgasstutzen beinhaltet mindestens ein Auslassventil (wie etwa das Auslassventil 104). Die Brennkammern 180 sind durch den Zylinderkopf 182 abgeschlossen und können mit Kraftstoffeinspritzdüsen (wie etwa der Kraftstoffeinspritzdüse 179) gekoppelt sein. Jede Brennkammer beinhaltet einen Kolben (wie etwa den Kolben 110), eine Vorkammer (wie etwa die Vorkammer 198) und kann eine oder mehrere Zündkerzen (wie etwa die Zündkerze 199) beinhalten. Eine Ausführungsform einer Brennkammer, die eine Vorkammer und einen Kolben beinhaltet, ist durch die 2A - 6 dargestellt und wird ferner nachstehend beschrieben. In der abgebildeten Ausführungsform ist ein einzelner Abgaskrümmer 178 dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer jedoch eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten beinhalten. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der Druck der Abgase innerhalb des Abgaskrümmers 178 durch den Krümmerluftdruck-(MAP- )Sensor 177 erfasst.
Während des Betriebs durchläuft in der Regel jede Brennkammer (wie etwa die Brennkammer 180) innerhalb des Motors 168 einen Viertaktzyklus. Der Viertaktzyklus beinhaltet einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Arbeitstakt (welcher hierin als ein Leistungstakt bezeichnet werden kann) und einen Ausstoßtakt. Als ein Betriebsbeispiel der Brennkammer 180 kann sich während des Ansaugtaktes das Auslassventil 104 schließen und das Einlassventil 102 öffnen. Luft wird über den Ansaugkrümmer 176 in die Brennkammer eingebracht und der Kolben 110 bewegt sich zum Boden der Brennkammer, um das Volumen in der Brennkammer zu erhöhen. Die Position, an der sich der Kolben nahe dem Boden der Brennkammer und am Ende seines Taktes befindet (z. B. wenn die Brennkammer ihr größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil und das Auslassventil in der Regel geschlossen. Der Kolben bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes 182, um die Luft innerhalb der Brennkammer zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben am Ende seines Taktes und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B., wenn die Brennkammer ihr geringstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet.
In einem Vorgang, der hierin als Einspritzung bezeichnet werden kann, wird Kraftstoff in die Brennkammer eingebracht. In einem Beispiel kann Kraftstoff mit Ansaugluft an einer der Brennkammer vorgelagerten Position gemischt werden und das Luft-Kraftstoff-Gemisch kann über einen Ansaugstutzen (z. B. den Ansaugstutzen 106) in die Brennkammer strömen. In einem anderen Beispiel kann der Kraftstoff über eine Kraftstoffeinspritzdüse (z. B. die Kraftstoffeinspritzdüse 179) direkt in die Brennkammer eingespritzt werden und sich mit der Ansaugluft innerhalb der Brennkammer mischen. In einem nachfolgend als Zündung bezeichneten Vorgang wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch bekannte Zündmittel, wie etwa eine oder mehrere Zündkerzen (wie etwa die durch die 2A - 2B, 3 und 6 dargestellten Zündkerzen), gezündet werden, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitstakts drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben zurück zum UT. Eine Kurbelwelle (wie etwa die durch 2B dargestellte Kurbelwelle) wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Kurbelwelle um. Schließlich öffnet/öffnen sich während des Ausstoßtakts ein oder mehrere Auslassventile, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Abgaskrümmer 178 abzugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück. Es ist zu beachten, dass Vorstehendes lediglich als Beispiel dient und dass die Zeitpunkte für das Öffnen und/oder Schließen des Einlass- und Auslassventils variieren können, wie etwa um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
Der Motor 168 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem 167, das die Steuerung 169 beinhaltet, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugführer über eine Eingabevorrichtung (nicht gezeigt) gesteuert werden. Es ist gezeigt, dass das Steuersystem 167 dazu ausgelegt ist, Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 165 (für die verschiedene Beispiele in dieser Schrift beschrieben sind) zu empfangen und Steuersignale an eine Vielzahl von Aktoren 163 zu senden. Als ein Beispiel können Sensoren 165 einen Temperatursensor 191, der an die Abgaskanal 193 gekoppelt ist, einen Temperatursensor 195, der an die Emissionssteuervorrichtung 190 gekoppelt ist, einen Krümmerluftdrucksensor 175, der an den Ansaugkrümmer 176 gekoppelt ist, und einen Krümmerluftdrucksensor 177, der an den Abgaskrümmer 178 gekoppelt ist, beinhalten. Verschiedene Abgassensoren können ebenfalls innerhalb des Abgaskrümmers 178 und/oder diesem nachgelagert in dem Abgassystem 172 enthalten sein, wie etwa Feinstaub-(FS)-Sensoren, Temperatursensoren, Drucksensoren, NOx-Sensoren, Lambdasonden, Ammoniaksensoren, Kohlenwasserstoffsensoren usw. Andere Sensoren, wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft/Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können an verschiedene Positionen in dem Motorsystem 166 gekoppelt sein. Als ein anderes Beispiel können Aktoren 163 eine Kraftstoffeinspritzdüse 179, ein an einen Niederdruck-Abgasrückführungs-(AGR-)Kanal 148 gekoppeltes Ventil 146, ein Einlassventil 102, ein Auslassventil 104 und ein Drosselventil 187 beinhalten. Weitere Aktoren, wie etwa eine Vielzahl zusätzlicher Ventile und Drosseln, können an verschiedene Positionen in dem Motorsystem 166 gekoppelt sein. Die Steuerung 169 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage der Anweisung oder des darin programmierten Codes entsprechend einer oder mehrerer Routinen auslösen.
Die Steuerung 169 kann ein Mikrocomputer sein und kann eine Mikroprozessoreinheit, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, wie etwa ein Festwertspeicherchip, einen Direktzugriffsspeicher, einen Keep-Alive-Speicher und/oder einen Datenbus beinhalten. Die Steuerung 169 kann zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen verschiedene Signale von an den Motor 168 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung von eingeleitetem Luftmassenstrom (mass air flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor; der Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor, der an eine Kühlhülse gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (profile ignition pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor (oder einem anderen Typ), der an eine Kurbelwelle gekoppelt ist; der Drosselposition (throttle position - TP) von einem Drosselpositionssensor; des Krümmerabsolutdrucksignals (MAP) von einem oder mehreren Ansaug- und Abgaskrümmersensoren, eines Zylinder-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von einer Lambdasonde und einer anormalen Verbrennung von einem Klopfsensor und einem Kurbelwellenbeschleunigungssensor. Das Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 169 aus dem PIP-Signal erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe von Unterdruck oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen.
Auf den Festwertspeicher eines Speichermediums können computerlesbare Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die durch einen Prozessor zum Durchführen der nachstehend beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die vorweggenommen, jedoch nicht ausdrücklich aufgeführt werden, ausgeführt werden können. Beispielhafte Routinen können das Einstellen des Zündzeitpunkts der Zündkerzen (z. B. Einstellen eines Betätigungszeitpunkts einer Zündkerze zur Erzeugung eines unkens) als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen beinhalten, wie mit Bezug auf die 7-9 detaillierter beschrieben.
In Ausführungsformen, in denen mindestens ein Einlass- oder Auslassventil konfiguriert ist, sich gemäß einem einstellbaren Zeitpunkt zu öffnen oder zu schließen, kann der einstellbare Zeitpunkt über das elektronische Steuersystem gesteuert werden, um eine Menge an in einer Brennkammer während der Zündung vorhandenem Abgas zu regulieren. In einer Ausführungsform kann zum Beispiel jedes der Auslass- und Einlassventile elektronisch betätigt oder gesteuert werden. In einer anderen Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile über Nocken betätigt oder gesteuert werden. Egal ob elektronisch betätigt oder über Nocken betätigt, kann der Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Auslass- und Einlassventile wie für die gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung erforderlich eingestellt werden. Das elektronische Steuersystem kann ebenfalls konfiguriert sein, das Öffnen, Schließen und/oder die Einstellung von verschiedenen anderen elektronisch betätigten Ventilen in dem Motorsystem (z. B. Drosselventilen, Verdichter-Bypass-Ventilen, Abblaseventilen, AGR-Ventilen und Absperrventilen, sekundären Luftventilen, verschiedenen Behältereinlass- oder -auslassventilen usw.) zu befehlen, um eine beliebige der hierin beschriebenen Steuerfunktionen anzuordnen. Um die Betriebsbedingungen in Verbindung mit den Steuerfunktionen des Motorsystems zu beurteilen, kann das elektronische Steuersystem ferner betriebswirksam an eine Vielzahl von im gesamten System angeordneten Sensoren gekoppelt sein: Strömungssensoren, Temperatursensoren, Pedalpositionssensoren, Drucksensoren usw.
Den Brennkammern 180 können, wie vorstehend beschrieben, ein oder mehrere Kraftstoffe, wie etwa Benzin, Alkohol-Kraftstoff-Gemische, Diesel, Biodiesel, verdichtetes Erdgas usw., zugeführt werden. Der Kraftstoff kann den Brennkammern über Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselventilkörpereinspritzung oder eine beliebige Kombination davon zugeführt werden. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Fremdzündung (über eine oder mehrere Zündkerzen, wie denen durch die 2A - 2B dargestellten) und/oder Verdichtungszündung initiiert werden.
Wie in 1 dargestellt, wird Abgas aus einem oder mehreren Abgaskrümmerabschnitten zu der Turbine 186 geleitet, um die Turbine 186 anzutreiben, wo es anschließend durch die Emissionssteuervorrichtung 190 strömt. In alternativen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann das Motorsystem eine unterschiedliche Anzahl, Anordnung und/oder relative Verarbeitungskapazität der Emissionssteuervorrichtungen aufweisen. Die Emissionssteuervorrichtung 190 kann einen oder mehrere Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung beinhalten, die dazu konfiguriert sind, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge von einer oder mehreren Substanzen in dem Abgasstrom zu reduzieren. Zum Beispiel kann ein Katalysator zur Abgasnachbehandlung dazu konfiguriert sein, NOx aus dem Abgasstrom zu speichern, wenn der Abgasstrom mager ist, und die gespeicherten NOx zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. In anderen Beispielen kann ein Katalysator zur Abgasnachbehandlung dazu konfiguriert sein, NOx zu disproportionieren oder NOx mithilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In noch weiteren Beispielen kann ein Katalysator zur Abgasnachbehandlung dazu konfiguriert sein, Kohlenwasserstoff- und/oder Kohlenstoffmonoxidrückstände im Abgasstrom zu oxidieren. Unterschiedliche Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung mit solcher Funktionalität können in Washcoats oder andernorts in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder gemeinsam angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter beinhalten, der dazu konfiguriert ist, Rußpartikel im Abgasstrom zu speichern und zu oxidieren.
Das behandelte Abgas aus der Emissionssteuervorrichtung 190 kann ganz oder teilweise über einen Abgaskanal 193 in die Atmosphäre abgegeben werden. Der Temperatursensor 191 und der Strömungssensor 192 sind an den Abgaskanal 193 zum Überwachen der Betriebsbedingungen gekoppelt. Zusätzliche Sensoren (nicht dargestellt) können enthalten sein, um Abgasdruck, -zusammensetzung usw. zu erkennen. Abhängig von den Betriebsbedingungen kann ein Teil des Abgases stattdessen über ein Ventil 146 zu dem Niederdruck-(low pressure - LP-)AGR-Kanal 148 umgeleitet werden. Ein Einlassanschluss eines AGR-Kühlers 150 ist fluidisch mit dem LP-AGR-Kanal 148 gekoppelt, um Abgasen zu ermöglichen, durch den AGR-Kühler 150 in Richtung des Ansaugsystems 170 zu strömen.
Auf diese Weise ist das Motorsystem 166 konfiguriert, der Emissionssteuervorrichtung 190 vorgelagertes und dem Abgaskrümmer 178 nachgelagertes gespeichertes Abgas einzulassen. Das Ventil 146 kann geöffnet werden, um für eine gewünschte Gaszusammensetzung eine kontrollierte Menge an Abgas zum Ansaugsystem 170 einzulassen. Ein Rückschlagventil 149 ist im LP-AGR-Kanal 148 dem Ventil 146 nachgelagert enthalten, um die Wahrscheinlichkeit dafür zu reduzieren, dass Inhalte aus dem Ansaugsystem 170 durch den LP-AGR-Kanal 148 in Richtung des Abgassystems 172 strömen. Auf diese Weise ist das Motorsystem 166 ausgelegt, um einstellbar Abgase aus dem Abgassystem 172 zum Ansaugsystem 170 zu strömen.
Ausführungsformen eines im Verbrennungssystem 100 enthaltenen Vorkammer-Zündsystems sind nachstehend mit Bezug auf die 2A - 6 detaillierter beschrieben. Die beispielhafte Konfiguration des vorstehend beschriebenen Motorsystems 166 ist ein nicht einschränkendes Beispiel und alternative Ausführungsformen des Motorsystems können zusätzliche, nicht dargestellte Komponenten (z. B. einen oder mehrere AGR-Kühler, Wärmetauscher usw.) beinhalten. Alternative Ausführungsformen können ebenfalls eine unterschiedliche Anzahl von Brennkammern, Einlass- und/oder Auslassventilen usw. beinhalten.
Bezugsachsen 299 sind in den 2A-6 enthalten, um einen relativen Bezug zwischen jeder Ansicht bereitzustellen. Die 2A - 6 stellen jeweils das Vorkammer-Zündsystem des Verbrennungssystems (z. B. ein Verbrennungssystem, das dem vorstehend dargestellten und in Bezug auf 1 beschriebenen Verbrennungssystem 100 ähnlich ist) aus verschiedenen Ansichten dar. Anders gesagt, durch die 2A-6 ist die gleiche Ausführungsform des Vorkammer-Zündsystems dargestellt, jedoch stellt jede der 2A - 6 das Vorkammer-Zündsystem aus einer anderen Perspektive dar. Zum Beispiel stellen die 2A - 2B ein Querschnittsprofil des Vorkammer-Zündsystems dar, 3 stellt eine Ansicht einer oberen Fläche einer Brennkammer des Vorkammer-Zündsystems dar, 4 stellte eine Ansicht einer oberen Fläche eines Kolbens des Vorkammer-Zündsystems dar, 5 stellt eine perspektivische Ansicht einer Vorkammer des Vorkammer-Zündsystems dar und 6 stellt eine annähernd isometrische Ansicht der Brennkammer des Vorkammer-Zündsystems dar. Aufgrund der Abbildung der Ausführungsform in allen der 2A - 6, wie vorstehend beschrieben, können gleiche Teile zwischen den Figuren ähnlich bezeichnet werden und müssen nicht neu eingeführt werden.
2A und 2B stellen jeweils ein Vorkammer-Zündsystem 290 dar, das eine Brennkammer 201 beinhaltet, die durch Innenwände 214 eines Zylinders 200 gebildet und durch einen Zylinderkopf 202 abgeschlossen wird. Die Brennkammer 201 beinhaltet einen darin angeordneten Kolben 204 und der Kolben 204 ist konfiguriert, sich linear entlang einer zentralen Achse 203 des Zylinders 200 zu bewegen. Der Kolben 204 beinhaltet einen Vorsprung 212, der so geformt ist, dass er in die Vorkammer 216 passt. Die Vorkammer 216 wird durch den Zylinderkopf 202 gebildet und erstreckt sich in die Brennkammer 201. 2A stellt den Kolben 204 in einer unteren Totpunkt-(UT-)Position dar, während 2B den Kolben 204 in einer oberen Totpunkt-(OT-)Position darstellt. In einem Beispiel kann die UT-Position einem Beginn eines Verdichtungstakts eines einzelnen Motorzyklus entsprechen und die OT-Position kann einem Ende des Verdichtungstakts des einzelnen Motorzyklus entsprechen, wie vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben. Obwohl der Zylinderkopf 202 mindestens ein Einlassventil, mindestens ein Auslassventil und mindestens einen mit jedem Ventil gekoppelten jeweiligen Einlass-/Auslasskanal beinhaltet, ist in den durch die 2A - 2B dargestellten Ansichten nur das Auslassventil 238 dargestellt. Dennoch versteht es sich, dass der Zylinderkopf 202 Einlass-/Auslassventile und -kanäle, die nicht durch die 2A - 2B dargestellt sind (wie etwa das durch 3 und 5 dargestellte Einlassventil 300) beinhalten kann. Eine horizontale Mittellinie 205 ist durch 2A zum Vergleich der relativen Positionierung der durch die 3-4 und 6 dargestellten und nachstehend beschriebenen Komponenten dargestellt.
Der Kolben 204 beinhaltet einen Boden 206 und einen Schaft 208 und der Schaft 208 ist mit der Pleuelstange 210 gekoppelt. Die Pleuelstange 210 überträgt die lineare Bewegung des Kolbens 204 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 234 (dargestellt durch 2B). Der Vorsprung 212 ist als eine Verlängerung des Bodens 206 gebildet und erstreckt sich in die Brennkammer 201. Wie nachstehend beschrieben, ist der Vorsprung 212 so geformt, dass er in die Vorkammer 216 passt, und ist vertikal in einer Linie mit der Vorkammer 216 positioniert, wie durch die vertikale Achse 242 angegeben ist. Anders gesagt, wenn sich der Kolben 204 entlang der zentralen Achse 203 in Richtung des Zylinderkopfes 202 und die durch 2B dargestellte OT-Position bewegt, bewegt sich der Vorsprung 212 zusammen mit dem Kolben und entlang der vertikalen Achse 242, sodass der Vorsprung 212 sich in die Vorkammer 216 drückt.
Wie vorstehend erwähnt, wird die Vorkammer 216 durch den Zylinderkopf 202 gebildet und erstreckt sich weg vom Zylinderkopf 202 und in die Brennkammer 201. Anders gesagt, die Vorkammer 216 ist vertikal unterhalb einer oberen Fläche 240 der Brennkammer 201 (z. B. einer Fläche, an der sich Ventile, wie etwa das Auslassventil 238, befinden) positioniert. Die Vorkammer 216 erstreckt sich weg vom Zylinderkopf 202 und in eine Richtung zur UT-Position des Kolbens 204. In der durch die 2A - 6 dargestellten Ausführungsform wird die Vorkammer 216 durch einen ausgedehnten Bereich 224 (der hierin als erster Quetschbereich 224 bezeichnet werden kann) des Zylinderkopfes 202 gebildet und ist so geformt, dass eine untere Seite der Vorkammer 216 (z. B. eine der UT-Position des Kolbens 204 am nächsten positionierte Seite) zur Brennkammer 201 offen ist. Anders gesagt, die Vorkammer 216 beinhaltet eine untere Öffnung 207 (angegeben durch eine gestrichelte Linie in 2A). Ein zweiter ausgedehnter Bereich 226 (der hierin als zweiter Quetschbereich 226 bezeichnet werden kann) wird durch den Zylinderkopf 202 gebildet und ist gegenüber dem ersten Quetschbereich in einer Richtung positioniert, die senkrecht zur zentralen Achse 203 verläuft. Wenn sich der Kolben 204 in der OT-Position befindet, ist in dieser Konfiguration die Brennkammer 201 als ein offenes Volumen (z. B. offener Raum) definiert, das sich zwischen dem ersten Quetschbereich 224, dem zweiten Quetschbereich 226, dem Kolbenboden 206 und der oberen Fläche 240 erstreckt. Wenn sich der Kolben 204 in Richtung der OT-Position bewegt, drückt sich der Vorsprung 212 durch die untere Seite der Vorkammer 216 in die Vorkammer 216.
Die Vorkammer 216 beinhaltet eine Vielzahl von Öffnungen 236 (angegeben durch einen Pfeil in 2B), die durch eine Seitenwand 218 der Vorkammer 216 gebildet sind. Die Öffnungen 236 sind derart angeordnet, dass, wenn der Vorsprung 212 des Kolbens 204 in die Vorkammer 216 durch die untere Seite der Vorkammer 216 (z. B. durch die untere Öffnung 207) eintritt, können Gase (z. B. Luft oder ein Luft/Kraftstoff-Gemisch) innerhalb der Vorkammer 216 zwangsweise aus der Vorkammer 216 und durch die Öffnungen 236 in die Brennkammer 201 ausgestoßen werden. In der durch die 2A - 6 dargestellten Ausführungsform ist zum Beispiel eine erste Zündkerze 228 mit dem Zylinderkopf202 derart in einer Position gekoppelt, dass sich eine erste Zündspitze 220 der ersten Zündkerze 228 vom Zylinderkopf202 und in die Vorkammer 216 erstreckt. Während des Motorbetriebs kann eine Steuerung (z. B. die durch 1 dargestellte und vorstehend beschriebene Steuerung 169) ein Signal an einen Aktor der ersten Zündkerze 228 senden, um einen Zündfunken an der ersten Zündspitze 220 zu erzeugen und ein Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Vorkammer 216 zu zünden. In einem Beispiel kann der Zündfunken erzeugt werden, wenn der Vorsprung 212 vollständig in die Vorkammer 216 eingeführt ist. Andere Beispiele sind nachstehend mit Bezug auf die 7-9 beschrieben.
Während das Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Vorkammer 216 verbrennt, spritzen über die Öffnungen 236 die verbrannten Materialien 232 (z. B. teilweise verbrannte(r) Luft/Kraftstoff) aus der Vorkammer 216 und in die Brennkammer 201, wodurch ein Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Brennkammer 201 gezündet wird. Die Vorkammer 216 ist derart positioniert, dass die verbrannten Materialien 232 aus der Vorkammer 216 in Richtungen spritzen, die senkrecht zur zentralen Achse 203 verlaufen. Wenn sich zum Beispiel der Kolben 204 in der OT-Position befindet (wie durch 2B dargestellt), ist die Größe der Brennkammer 201 relative zu einer Größe der Brennkammer 201 verringert, wenn sich der Kolben 204 in der UT-Position befindet (wie durch 2A dargestellt). Die Öffnungen 236 sind derart positioniert, dass die verbrannten Materialien 232 aus der Vorkammer 216 in eine Richtung hin zum zweiten Quetschbereich 226 spritzen, um sich gleichmäßig mit dem unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer 201 zu mischen (und es zu zünden).
In den 2A-2B, 3 und 6 ist eine Position einer zweiten Zündkerze 222 durch eine gestrichelte Umrisslinie angegeben. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Zündkerze 222 enthalten sein, um ein Maß an Kontrolle über den Verbrennungszeitpunkt innerhalb der Brennkammer 201 zu erhöhen. Unter Motorbetriebsbedingungen zum Beispiel, bei denen ein Verhältnis von AGR-Gasen zu Ansaugluft innerhalb der Brennkammer 201 hoch ist, kann die zweite Zündkerze 222 zusammen mit der ersten Zündkerze 228 durch die Steuerung betätigt werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Brennkammerfehlzündung zu verringern. In solchen Beispielen kann sich der Zündzeitpunkt der zweiten Zündkerze 222 vom Zündzeitpunkt der ersten Zündkerze 228 unterscheiden und durch die Steuerung als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen unabhängig eingestellt werden, wie nachstehend mit Bezug auf die 7 - 9 beschrieben.
3 stellt eine Ansicht des vorstehend mit Bezug auf die 2A - 2B beschriebenen Zylinderkopfes 202 in einer vertikal unterhalb des Zylinderkopfes 202 gesehenen Ansicht (z. B. von innerhalb der Brennkammer 201 an der UT-Position aus gesehen) dar. Der Zylinderkopf 202 ist mit dem Einlassventil 300 und dem Auslassventil 238 gekoppelt. In dieser Ausführungsform (z. B. der durch die 2A - 6 dargestellten Ausführungsform) ist der Zylinderkopf 202 zusätzlich mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 304 und einer zweiten Zündkerze 222 gekoppelt. Alternative Ausführungsformen beinhalten möglicherweise nicht die Kraftstoffeinspritzdüse 304 und/oder die zweite Zündkerze 222. In Ausführungsformen zum Beispiel, die eine indirekte Einspritzung beinhalten (z. B. Ausführungsformen, in denen Kraftstoff und Luft der Brennkammer 201 vorgelagert gemischt werden, wie im durch 1 dargestellten Ansaugstutzen 106) kann auf die Kraftstoffeinspritzdüse 304 verzichtet werden (z. B. nicht mit dem Zylinderkopf 202 gekoppelt sein). Zusätzlich können alternative Ausführungsformen eine unterschiedliche Anzahl, Position, Größe usw. von Einlassventilen, Auslassventilen und zugehörigen Stutzen/Kanälen beinhalten.
Ein Beispiel einer relativen Positionierung des Einlassventils 300, des Auslassventils 238, der Kraftstoffeinspritzdüse 304, der zweiten Zündkerze 222 und der Vorkammer 216 ist durch 3 dargestellt. In diesem Beispiel sind das Einlassventil 300 und das Auslassventil 238 jeweils entlang einer ersten Achse 308 zentriert und die Kraftstoffeinspritzdüse 304 und die zweite Zündkerze 222 sind jeweils entlang einer zweiten Achse 310 zentriert, wobei die erste Achse 308 parallel zur zweiten Achse 310 verläuft, und wobei beide der ersten Achse 308 und der zweiten Achse 310 senkrecht zur horizontalen Mittellinie 205 der Brennkammer 201 positioniert sind (dargestellt durch 2A). Jede der ersten Achse 308 und der zweiten Achse 310 ist zwischen dem ersten Quetschbereich 224 und dem zweiten Quetschbereich 226 derart positioniert, dass das Einlassventil 300, das Auslassventil 238, die Kraftstoffeinspritzdüse 304 und die zweite Zündkerze 222 ebenfalls zwischen dem ersten Quetschbereich 224 und dem zweiten Quetschbereich 226 positioniert sind.
Im durch 3 dargestellten Beispiel beinhaltet der erste Quetschbereich 224 gekrümmte Flächen 303, während der zweite Quetschbereich 226 gekrümmte Flächen 305 beinhaltet. Die gekrümmten Flächen 303 sind derart geformt, dass sich der erste Quetschbereich 224 weg von dem Einlassventil 300 und dem Auslassventil 238 krümmt. In ähnlicher Weise sind die gekrümmten Flächen 305 derart geformt, dass sich der zweite Quetschbereich 226 weg von der Kraftstoffeinspritzdüse 304 und der zweiten Zündkerze 222 krümmt.
Wie vorstehend mit Bezug auf die 2A - 2B beschrieben, beinhaltet die durch die 2A - 6 dargestellte Ausführungsform die Vorkammer 216, die durch den Zylinderkopf 202 gebildet wird und innerhalb des ersten Quetschbereiches 224 positioniert ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Vorkammer stattdessen an einer anderen Position, wie etwa einem Mittelpunkt der oberen Fläche 240 der durch die 2A - 2B dargestellten Brennkammer 201, positioniert sein (z. B. einer Position entlang der oberen Fläche 240, die vertikal in einer Linie mit einem Schnittpunkt der ersten Achse 308 und der horizontalen Mittellinie 205). In solchen alternativen Ausführungsformen erstreckt sich die Vorkammer von der oberen Fläche 240 weg vom Zylinderkopf 202 und in die Brennkammer 201. Anders gesagt, die Vorkammer ist derart positioniert, dass sich die Seitenwand 218 der Vorkammer innerhalb der Brennkammer und nicht innerhalb des Zylinderkopfes 202 befindet (z. B. erstreckt sich die Vorkammer 216 vertikal unterhalb des Einlassventils 300 und des Auslassventils 238).
Wie durch 3 dargestellt, ist die Vorkammer 216 derart positioniert, dass sich ein Mittelpunkt 307 der Vorkammer 216 in einer Linie mit der horizontalen Mittellinie 205 befindet. Die Vorkammer 216 weist einen Durchmesser 306 auf und ist von der Brennkammer durch eine Seitenwand 218 getrennt. Die Seitenwand 218 beinhaltet die Vielzahl von Öffnungen 236, die derart positioniert sind, dass die verbrannten Materialien 232 aus der Vorkammer 216 in Richtungen weg von der Seitenwand 218 und der Vorkammer 216 spritzen, wenn der Vorsprung 212 des Kolbens 204 (wie durch die 2A - 2B dargestellt) in die Vorkammer 216 gedrückt wird. Auf diese Weise können sich die aus der Vorkammer 216 spitzenden verbrannten Materialien 232 mit dem unverbrannten Gas (z. B. Luft oder einem Luft/Kraftstoff-Gemisch) innerhalb der durch die 2A - 2B dargestellten Brennkammer 201 mischen, um das unverbrannte Gas zu zünden. Wie durch 5 dargestellt und nachstehend beschrieben, kann in einem Beispiel die Vielzahl von Öffnungen 236 derart geformt und positioniert sein, dass ein Maß des Mischens der verbrannten Materialien 232 mit dem unverbrannten Gas der Brennkammer erhöht wird. Zusätzlich können der Vorsprung 212 und der Kolben 204 derart geformt sein, dass eine Menge der aus der Vorkammer 216 und durch die Öffnungen 236 spritzenden Materialien 232 erhöht wird, wie nachstehend mit Bezug auf 4 beschrieben.
4 stellt eine Ansicht des vorstehend mit Bezug auf die 2A - 3 beschriebenen Zylinders 204 in einer vertikal oberhalb des Zylinders 204 gesehenen Ansicht (z. B. von innerhalb der Brennkammer 201 aus gesehen) dar. Der Vorsprung 212 ist laut Darstellung durch 4 in einer Linie mit der horizontalen Mittellinie 205 positioniert. Wie dargestellt und vorstehend mit Bezug auf die 2A - 2B beschrieben, befindet sich der Vorsprung 212 zusätzlich vertikal in einer Linie mit der Vorkammer 216. Anders gesagt, der Vorsprung 212 des Kolbens 204 und die Vorkammer 216 sind jeweils entlang der vertikalen Achse 242 (dargestellt durch 2A) positioniert.
Der Vorsprung 212 weist einen Durchmesser 406 auf, der geringfügig kleiner als der Durchmesser 306 (dargestellt durch 3) der Vorkammer 216 sein kann. Wie durch 6 dargestellt und nachstehend beschrieben kann sich in einem Beispiel der Vorsprung 212 zusätzlich vom Kolbenboden 206 um ein Maß erstrecken, das geringer als eine Tiefe der Vorkammer 216 ist. Auf diese Weise passt der Vorsprung 212 in die Vorkammer 216, wenn sich der Kolben 204 von der UT-Position (dargestellt durch 2A) zur OT-Position (dargestellt durch 2B) bewegt.
Eine perspektivische Ansicht der Vorkammer 216 ist durch 5 dargestellt. Wie vorstehend mit Bezug auf die 2A-3 beschrieben, kann die Vorkammer 216 durch den ersten Quetschbereich 224 mit der Vielzahl von durch die Seitenwand 218 gebildeten Öffnungen 236 gebildet werden. In dem durch 5 dargestellten Beispiel beinhaltet die Vorkammer 216 fünf Öffnungen (z. B. eine erste Öffnung 500, eine zweite Öffnung 502, eine dritte Öffnung 504, eine vierte Öffnung 506 und eine fünfte Öffnung 508). Jede der Öffnungen ist entlang eines Umfangs der Seitenwand 218 derart positioniert, dass die verbrannten Materialien innerhalb der Vorkammer 216 (wie vorstehend mit Bezug auf die 2A-3 beschrieben) aus der Vorkammer 216 nach außen und weg von der Seitenwand 218 spritzen können.
In einem Beispiel, wie etwa dem durch 5 dargestellten Beispiel, kann ein Mittelpunkt jeder Öffnung in einem Abstand positioniert sein, der gleich einem Abstand von einem Mittelpunkt jeder benachbarten Öffnung ist. Anders gesagt, die Öffnungen 236 können entlang des Umfangs der Seitenwand 218 derart positioniert sein, dass ein Winkel zwischen benachbarten Öffnungen der gleiche ist. Zum Beispiel ist die erste Öffnung 500 mit einem ersten Strahl 501 dargestellt, die zweite Öffnung 502 ist mit einem zweiten Strahl 503 dargestellt, die dritte Öffnung 504 ist mit einem dritten Strahl 505 dargestellt, die vierte Öffnung 506 ist mit einem vierten Strahl 507 dargestellt und die fünfte Öffnung 508 ist mit einem fünften Strahl 509 dargestellt. Der zweite Strahl 503 ist relativ zum dritten Strahl 505 um einen ersten Winkel 510 abgewinkelt, und der dritte Strahl 505 ist relativ zum vierten Strahl 507 um einen zweiten Winkel 512 abgewinkelt. In dem durch 5 dargestellten Beispiel weisen der erste Winkel 510 und der zweite Winkel 512 das gleiche Winkelmaß auf. In ähnlicher Weise ist der erste Strahl 501 ist relativ zum zweiten Strahl 503 um das gleiche Winkelmaß abgewinkelt, und der vierte Strahl 507 ist relativ zum fünften Strahl 509 um das gleiche Winkelmaß abgewinkelt. Indem die Öffnungen 236 in dieser Weise angeordnet werden, kann ein Maß des Mischens der verbrannten Materialien (wie vorstehend beschrieben) aus der Vorkammer 216 mit dem unverbrannten Gas innerhalb der Brennkammer erhöht werden. In alternativen Ausführungsformen kann die Seitenwand eine andere Anzahl von Öffnungen beinhalten und/oder eine oder mehrere Öffnungen kann/können entlang der Seitenwand 218 anders als in der durch 5 dargestellten Anordnung positioniert sein. Zum Beispiel können in Ausführungsformen, in denen sich die Vorkammer an einem Mittelpunkt der oberen Fläche 240 befindet (dargestellt durch die 2A - 3), die Öffnungen stattdessen an unterschiedlichen Positionen entlang eines gesamten Umfangs der Seitenwand positioniert sein.
Der Durchmesser jeder Öffnung kann sich von einem Umfang mindestens einer anderen Öffnung unterscheiden. In dem durch 5 dargestellten Beispiel weist die erste Öffnung 500 einen ersten Durchmesser 514 auf, die zweite Öffnung 502 weist einen zweiten Durchmesser 516 auf, die dritte Öffnung 504 weist einen dritten Durchmesser 518 auf, die vierte Öffnung 506 weist einen vierten Durchmesser 520 auf und die fünfte Öffnung 508 weist einen fünften Durchmesser 522 auf. In diesem Beispiel weist der erste Durchmesser 514 das gleiche Längenmaß wie der fünfte Durchmesser 522 auf und der zweite Durchmesser 516 weist das gleiche Längenmaß wie der vierte Durchmesser 520 auf, wobei der zweite Durchmesser 516 und der vierte Durchmesser 520 jeweils größer als der erste Durchmesser 514, der fünfte Durchmesser 522 und der dritte Durchmesser 518 sind. Zusätzlich ist der dritte Durchmesser 518 größer als jeder des ersten Durchmessers 514 und des fünften Durchmessers 522.
Indem die Öffnungen mit diesen Durchmessern konfiguriert sind, können der zweite Strahl 503 und der vierte Strahl 507 eine größere Menge an verbranntem Material aus der Vorkammer 216 beinhalten als der erste Strahl 501, der dritte Strahl 505 und der fünfte Strahl 509, während der dritte Strahl 505 eine größere Menge an verbranntem Material beinhalten kann als der erste Strahl 501 und der fünfte Strahl 509. Anders gesagt, eine Länge des zweiten Strahls 503 und des vierten Strahls 507 (zum Beispiel) kann länger als eine Länge des ersten Strahls 501, des dritten Strahls 505 und des fünften Strahls 509 sein. Auf diese Weise kann jede Öffnung gemäß einem Abstand jeder Öffnung von den Wänden der Brennkammer bemessen sein. Zum Beispiel kann die dritte Öffnung 504 ein kleineres Abstandsmaß vom zweiten Quetschbereich 226 (dargestellt durch die 2A - 3) als jede der zweiten Öffnung 502 und der vierten Öffnung 506 aufweisen. Infolge dessen ist der Durchmesser der dritten Öffnung 504 (z. B. der dritte Durchmesser 518) relativ zum Durchmesser der zweiten Öffnung 502 und der vierten Öffnung 506 (z. B. dem zweiten Durchmesser 516 bzw. dem vierten Durchmesser 520) verringert, sodass der dritte Strahl 505 eine kürzere Länge als der zweite Strahl 503 und der vierte Strahl 507 aufweist. In alternativen Ausführungsformen kann jede Öffnung einen gleichen Durchmesser aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann/können eine oder mehrere Öffnungen einen anderen Durchmesser als die durch 5 dargestellten Durchmesser aufweisen. In Ausführungsformen zum Beispiel, die einen zweiten Quetschbereich mit einem anderen Krümmungsmaß beinhalten, können die Durchmesser der Öffnungen derart konfiguriert sein, das eine Länge jedes Strahls einem Abstand einer entsprechenden Öffnung vom zweiten Quetschbereich entspricht.
6 stellt eine perspektivische Ansicht des Vorkammer-Zündsystems 290 dar, das die durch den Zylinder 200 und den Zylinderkopf 202 gebildete Brennkammer 201 beinhaltet. In der durch 6 dargestellten Ansicht, befindet sich der Kolben 204 in der UT-Position, wie vorstehend mit Bezug auf die 2A - 2B beschrieben. In dieser Position ist eine erste Länge 600 der Vorkammer 216 dargestellt. Die erste Länge 600 ist eine Länge der Vorkammer 216 in einer Richtung, die parallel zur zentralen Achse 203 von einer unteren Fläche 601 des ersten Quetschbereiches 224 zu einer oberen Fläche 603 der Vorkammer 216 verläuft. In dem durch 6 dargestellten Beispiel ist die obere Fläche 603 der Vorkammer 216 parallel zu und in einer Linie mit der oberen Fläche 240 der Brennkammer 201. In alternativen Beispielen kann die obere Fläche 603 der Vorkammer 216 relativ zur oberen Fläche 240 der Brennkammer 201 abgewinkelt und/oder kann vertikal unterhalb der oberen Fläche 240 positioniert sein. In jeder alternativen Ausführungsform ist die obere Fläche 603 der Vorkammer 216 nicht vertikal oberhalb der oberen Fläche 240 der Brennkammer 201 positioniert. In alternativen Ausführungsformen kann zusätzlich eine Form des Vorsprungs 212 des Kolbens 204 unterschiedlich geformt sein, sodass ein Winkel einer oberen Fläche 604 des Vorsprungs 212 relativ zum Boden 206 des Kolbens 204 mit dem Winkel der oberen Fläche 603 der Vorkammer 216 relativ zur oberen Fläche 240 der Brennkammer 201 übereinstimmt.
Eine zweite Länge 602 des Vorsprungs 212 des Kolbens 204 ist ebenfalls dargestellt, wobei die zweite Länge 602 geringer als die erste Länge 600 der Vorkammer 216 ist. Indem die zweite Länge 602 konfiguriert ist, geringer als die erste Länge 600 zu sein, kann der Vorsprung 212 in die Vorkammer 216 passen, wenn der Kolben 204 in die OT-Position (dargestellt durch die 2B) bewegt wird. Während der Vorsprung 212 in die Vorkammer 216 gedrückt wird, können die Gase (z. B. Luft oder ein Luft/Kraftstoff-Gemisch) innerhalb der Vorkammer 216 auf einen höheren Druck als die Gase innerhalb der Brennkammer 201 verdichtet werden, wodurch eine Temperatur der Gase innerhalb der Vorkammer 216 relativ zu den Gasen innerhalb der Brennkammer 201 erhöht wird. Auf diese Weise kann die Vorkammer 216 eine Brennbarkeit der Gase als Reaktion auf einen Zündfunken von der ersten Zündspitze 220 (dargestellt durch die 2A-2B), die innerhalb der Vorkammer 216 angeordnet ist, erhöhen, wie nachstehend in Bezug auf die 7-8 beschrieben.
7 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Verbrennen eines Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb einer Brennkammer, die eine Vorkammer und einen Kolben mit einem Vorsprung, welcher derart geformt ist, dass er in die Vorkammer passt, beinhaltet, wie etwa der Vorsprung 212, der Kolben 204, die Vorkammer 216 und die Brennkammer 201, die vorstehend mit Bezug auf die 2A - 6 beschrieben sind. In dem nachstehend beschriebenen beispielhaften Verfahren erstreckt sich die Vorkammer weg von einer oberen Fläche (z. B. die durch die 2A - 3 und 6 dargestellte obere Fläche 240) der Brennkammer, die durch einen Zylinderkopf (z. B. den durch die 2A - 3 und 6 dargestellten Zylinderkopf 202) gebildet wird, und in Richtung einer unteren Totpunkt-Position des Kolbens. Die Vorkammer beinhaltet eine untere Öffnung (z. B. die durch 2A und 6 dargestellte untere Öffnung 207), die derart geformt ist, um den Kolbenvorsprung aufzunehmen, und eine Vielzahl von durch eine Seitenwand gebildete Öffnungen (z. B. die durch die Seitenwand 218 gebildeten, durch die 2A - 3 und die 5-6 dargestellten Öffnungen 236), die konfiguriert sind, die verbrannten Materialien (z. B. das teilweise verbrannte Kraftstoff/Luft-Gemisch) aus der Vorkammer und in die Brennkammer (die hierin als eine Hauptkammer bezeichnet werden kann) zu spritzen.
In einem Beispiel beinhaltet das durch 7 dargestellte Verfahren 700 Schritte zum Einstellen eines Zündzeitpunkts einer Zündkerze, die innerhalb der Vorkammer angeordnet ist (wie etwa der durch die 2A - 2B dargestellten ersten Zündkerze 228). Die Schritte zum Einstellen des Zündzeitpunkts der ersten Zündkerze (die hierin als eine Vorkammer-Zündkerze bezeichnet werden kann) sind durch 8 dargestellt.
In einem anderen Beispiel beinhaltet das durch 7 dargestellte Verfahren 700 Schritte zum Einstellen eines Zündzeitpunkts einer Zündkerze, die innerhalb der Hauptkammer angeordnet ist (wie etwa der durch die 2A - 3 und 6 dargestellten zweiten Zündkerze 230). Die Schritte zum Einstellen des Zündzeitpunkts der zweiten Zündkerze (die hierin als eine sekundäre Zündkerze bezeichnet werden kann) sind durch 9 dargestellt.
In einigen Ausführungsformen (wie etwa den Ausführungsformen, welche die zweite Zündkerze beinhalten) kann das Verfahren die Schritte beinhalten, die sowohl durch 8 als auch durch 9 dargestellt sind, oder kann die Schritte beinhalten, die nur durch eine der 8 oder 9 dargestellt sind. In anderen Ausführungsformen (z. B. den Ausführungsformen, welche weder die Vorkammer-Zündkerze noch die sekundäre Zündkerze beinhalten, wie etwa eine Brennkammer eines Dieselmotors) kann auf die durch 8 und 9 dargestellten Schritte im Verfahren 700 verzichtet werden. In noch anderen alternativen Ausführungsformen kann es sein, dass das Verfahren 700 die durch 8 und/oder 9 dargestellten Schritte in einem einzelnen Verbrennungszyklus beinhaltet und möglicherweise die durch 8 und 9 dargestellten Schritte in einem dem einzelnen Verbrennungszyklus unmittelbar folgenden Verbrennungszyklus nicht beinhaltet. Alternative Ausführungsformen, die Kombinationen der vorstehend beschriebenen Bedingungen beinhalten, sind ebenfalls möglich.
Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 700 und der übrigen hierin aufgeführten Verfahren können durch eine Steuerung (wie etwa die durch 1 dargestellte und vorstehend beschriebene Steuerung 169) auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend in Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangenen Signalen ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Das Verfahren 700 beinhaltet bei 702 das Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen auf Grundlage einer oder mehreren Ausgaben von unterschiedlichen Sensoren in dem Motorsystem und/oder auf Betriebsbedingungen des Motorsystems (wie z. B. unterschiedlichen Temperatursensoren, Drucksensoren usw., wie vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben). Die Motorbetriebsbedingungen können die Motordrehzahl und -last, den Zündkerzenzeitpunkt, die Motorfehlzündungsrate, die Rate der Motorlastzunahme, den Kraftstoffdruck, die Pedalposition, die Öffnungzeitpunkte der Kraftstoffeinspritzerdüse, den Luftmassendurchsatz, die Turbinendrehzahl, den Verdichtereinlassdruck, die Emissionssteuervorrichtungstemperatur, die Kurbelwellenposition usw. beinhalten.
Das Verfahren geht zu 704 über, wobei das Verfahren das Strömen von Ansaugluft und/oder eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in die Brennkammer beinhaltet. In einem Beispiel kann Luft in die Brennkammer durch ein oder mehrere Einlassventile (z. B. das durch 3 und 6 dargestellte Einlassventil 300) strömen. In einem anderen Beispiel kann Luft mit Kraftstoff an einer der Brennkammer vorgelagerten Position (z. B. dem durch 1 dargestellten Ansaugstutzen 106) gemischt werden und das Luft/Kraftstoff-Gemisch kann über eine oder mehrere mit dem Zylinderkopf gekoppelte Einlassventile in die Brennkammer strömen.
Somit kann in einem Beispiel das Verfahren bei 704 das Betätigen eines Aktors eines oder mehrerer Einlassventile beinhalten, um die Einlassventile zu öffnen und Luft in die Brennkammer zu strömen. In einem Beispiel können die Einlassventile durch einen oder mehrere elektromechanische Aktoren (z. B. einen Elektromagneten) betätigt werden und eine Öffnungsmaß jedes Einlassventils und/oder eine Öffnungsdauer jedes Einlassventils kann eingestellt werden, indem elektrische Signale durch die Steuerung an die elektromechanischen Aktoren übertragen werden. Zum Beispiel kann das Verlängern einer Dauer eines an einen elektromechanischen Aktor eines Einlassventils übertragenen elektrischen Signals eine Öffnungsdauer des Einlassventils verlängern, während das Erhöhen einer Amplitude des an den elektromechanischen Aktor des Einlassventils übertragenen elektrischen Signals ein Öffnungsmaß des Einlassventils erhöhen kann. In einem anderen Beispiel kann/können das eine oder die mehreren Einlassventile durch eine Nockenwelle mechanisch betätigt werden und ein Betätigungszeitpunkt der Ventile durch die Nockenwelle kann durch die Steuerung eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Steuerung ein elektrisches Signal an einen Aktor der Nockenwelle übertragen, um eine Position der Nockenwelle und/oder einer oder mehrerer Nocken der Nockenwelle in Relation zu den Einlassventilen einstellen, um einen Betätigungszeitpunkt der Einlassventile einzustellen.
Das Verfahren geht optional von 704 zu 706 über, wobei das Verfahren das Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer über eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen (z. B. die durch 3 und 6 dargestellte Kraftstoffeinspritzdüse 304) beinhaltet. Wenn zum Beispiel bei 704 Luft anstelle des Luft/Kraftstoff-Gemischs in die Brennkammer strömt, kann die Steuerung bei 706 eine oder mehrere innerhalb der Brennkammer angeordnete Kraftstoffeinspritzdüsen betätigen, um Kraftstoff in die Brennkammer einzuspritzen, um die Luft mit dem eingespritzten Kraftstoff zu mischen. In einigen Beispielen kann die Menge an eingespritztem Kraftstoff auf einer Menge an Luft, die in die Brennkammer strömt, und/oder anderen Motorbetriebsbedingungen (z. B. einem Motordrehmomentbedarf) basieren. Unter gesteigerten Bedingungen (z. B. unter Bedingungen, bei denen verdichtete Ansaugluft der Brennkammer über einen Verdichter, wie etwa den durch 1 dargestellten Verdichter 184, zugeführt wird) kann die Steuerung eine Öffnungsdauer einer Düse einer oder mehrerer Kraftstoffeinspritzdüsen verlängern, um eine Menge an eingespritztem Kraftstoff in die Brennkammer als Reaktion auf die erhöhte Menge an in die Brennkammer strömender Ansaugluft zu erhöhen. In einem Beispiel kann das Maß der Öffnungsdauer der Düsen eingestellt werden, indem eine Dauer eines durch die Steuerung an die Kraftstoffeinspritzdüsen übertragenen elektrischen Signals verlängert oder verkürzt wird. Auf diese Weise kann ein stöchiometrisches Gemisch aus Kraftstoff und Luft der Brennkammer bereitgestellt werden, um ein Verbrennungsmaß innerhalb der Brennkammer zu erhöhen.
Das Verfahren geht von 704 (wenn das Luft/Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammer strömt) oder von 706 (wenn die Luft mit dem eingespritzten Kraftstoff innerhalb der Brennkammer gemischt wird) zu 708 über, wobei das Verfahren das Bewegen des Kolbens und des Kolbenvorsprungs in Richtung der Vorkammer beinhaltet. Der Vorsprung des Kolbens ist als eine Verlängerung des Kolbens gebildet und dauerhaft an einem Boden des Kolbens (z. B. dem durch 1 dargestellten Boden 206) fixiert. Infolge dessen bewegen sich der Kolben und der Vorsprung gemeinsam in Richtung der Vorkammer. In einem Beispiel können sich der Kolben und der Vorsprung von einer unteren Totpunkt-(UT-)Position (dargestellt durch 2A und 6) in Richtung einer oberen Totpunkt-(OT-)Position (dargestellt durch 2B) bewegen. Die UT-Position des Kolbens entspricht einer untersten Position des Kolbens relativ zum Zylinderkopf. In der UT-Position ist der Vorsprung des Kolbens nicht in die Vorkammer eingeführt. Während sich der Kolben und der Vorsprung in Richtung der Vorkammer bewegen, wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb der Vorkammer verdichtet und ein Druck des Gemischs erhöht sich. Während in einem Beispiel der Vorsprung des Kolbens in die untere Öffnung der Vorkammer eintritt, kann der Druck des Gemischs innerhalb der Vorkammer größer als ein Druck des Gemischs in der Hauptkammer sein. Infolge dessen kann eine Temperatur des Gemischs innerhalb der Vorkammer höher als eine Temperatur des Gemischs in der Hauptkammer sein.
Das Verfahren geht zu 710 über, wo das Verfahren das Initiieren eines Zündfunkens und das Einstellen eines Zündzeitpunkts auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen beinhaltet. Zum Beispiel kann der Zündfunken durch die Steuerung initiiert werden, indem eine oder mehrere innerhalb der Vorkammer und/oder der Hauptkammer angeordnete Zündkerzen (wie etwa die Vorkammer-Zündkerze oder die sekundäre Zündkerze) betätigt werden. In einem Beispiel beinhaltet bei 712 das Einstellen des Zündzeitpunkts das Einstellen des Vorkammer-Zündzeitpunkts einer in der Vorkammer angeordneten Zündkerze auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen. In einem anderen Beispiel beinhaltet bei 714 das Einstellen des Zündzeitpunkts das Einstellen des Hauptkammer-Zündzeitpunkts einer in der Hauptkammer (und nicht der Vorkammer) angeordneten Zündkerze auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen. Schritte zum Einstellen des Vorkammer-Zündzeitpunkts bei 712 sind durch 8 dargestellt und ferner nachstehend beschrieben. Schritte zum Einstellen des Hauptkammer-Zündzeitpunkts bei 714 sind durch 9 dargestellt und ferner nachstehend beschrieben. Zusätzliche Beispiele können beide bei 712 und 714 dargestellte Einstellungen beinhalten (z. B. die sowohl durch 8 als auch 9 dargestellten Schritte).
Das Verfahren geht zu 716 über, wo das Verfahren das Drücken des Kolbenvorsprungs in die Vorkammer zum Treiben des teilweise verbrannten Luft/Kraftstoff-Gemischs durch die Vorkammeröffnungen und in die Hauptkammer beinhaltet. Nach der Initiierung des Zündfunkens bei 710 und innerhalb des gleichen Verbrennungszyklus kann zum Beispiel das Gemisch innerhalb der Vorkammer teilweise verbrennen, wodurch sich eine Temperatur und ein Druck des Gemischs innerhalb der Vorkammer erhöhen. Während sich der Kolben und der Vorsprung weiter in Richtung der Vorkammer (z. B. in Richtung der Oberseite der Brennkammer), wie vorstehend mit Bezug auf 708 beschrieben, bewegen, drückt sich der Vorsprung in die Vorkammer und verringert ein verfügbares Volumen der Vorkammer zum Verbrennen des Gemischs. Während sich das verfügbare Volumen verringert (z. B. während der Vorsprung in die Vorkammer gedrückt wird), erhöht sich der Druck des Gemischs weiter und das teilweise verbrannte Gemisch wird aus den Öffnungen der Vorkammer und in die Hauptkammer getrieben.
Das Verfahren geht zu 718 über, wo das Verfahren das Verbrennen von Luft/Kraftstoff innerhalb der Hauptkammer über das teilweise verbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch aus der Vorkammer beinhaltet. Infolge dessen, dass das teilweise verbrannte Gemisch bei 716 durch die Öffnungen der Vorkammer und in die Hauptkammer getrieben wird, kann sich das teilweise verbrannte Gemisch mit dem Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Hauptkammer mischen. Auf diese Weise kann das aus den Öffnungen der Vorkammer getriebene teilweise verbrannte Gemisch das unverbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Hauptkammer schnell erhitzen, um das unverbrannte Gemisch innerhalb der Hauptkammer zu zünden.
Indem das unverbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Hauptkammer mit dem aus den Öffnungen der Vorkammer getriebenen teilweise verbrannten Gemisch gezündet wird, kann eine Brennbarkeit des Gemischs innerhalb der Hauptkammer erhöht werden. Unter Motorbedingungen zum Beispiel, bei denen ein Verhältnis von AGR-Gasen zu frischer Ansaugluft innerhalb der Brennkammer und der Vorkammer hoch ist (z. B. wenn frische Ansaugluft mit AGR-Gasen der Brennkammer vorgelagert gemischt wird, oder wenn frische Ansaugluft mit restlichen Abgasen von der Verbrennung innerhalb der Brennkammer gemischt wird), kann eine Verbrennungstemperatur des Ansaugluft/Kraftstoff-Gemischs (z. B. eine Temperatur, bei der das Gemisch verbrennen kann) relativ zu einer Verbrennungstemperatur eines Luft/Kraftstoff-Gemischs, das keine AGR-Gase enthält, erhöht sein. Indem die Temperatur und der Druck des Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammer wie vorstehend beschrieben erhöht werden, kann das Gemisch die Verbrennungstemperatur leichter erreichen, wodurch eine Brennbarkeit des Gemischs erhöht wird. Infolge dessen kann die erhöhte Menge an AGR-Gasen während des Verbrennungszyklus verwendet und dadurch die Emissionsleistung und die Kraftstoffeffizienz erhöht werden.
8 stellt eine Fortsetzung des durch das Verfahren 700 aus 7 dargestellten Schrittes 710 dar. Insbesondere stellt 8 Schritte dar, die durch den sekundären Schritt 712 zum Einstellen des Vorkammer-Zündzeitpunkts auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen enthalten sind. Die Steuerung kann elektrische Signale an die Vorkammer-Zündkerze übertragen, um die Vorkammer-Zündkerze zu betätigen und einen Zündfunken an einer Spitze der Vorkammer-Zündkerze zu erzeugen. In einem Beispiel kann das Einstellen des Vorkammer-Zündzeitpunkts das Einstellen einer Zeitmaßes zwischen den elektrischen Signalen (z. B. Einstellen einer Übertragungsrate elektrischer Signale), die von der Steuerung an die Vorkammer-Zündkerze übertragen werden, das Einstellen einer Dauer und/oder einer Anzahl von elektrischen Signalen, die von der Steuerung an die Vorkammer-Zündkerze übertragen werden, und/oder das Einstellen eines Zeitpunkts, zu dem der Zündfunke an der Spitze der Vorkammer-Zündkerze (z. B. eines Zeitpunkts, zu dem der Zündfunke initiiert wird) relativ zum Verbrennungszyklus beinhalten.
Das Verfahren geht von 712 (dargestellt durch 7) zu 800 (dargestellt durch 8) über, wo das Verfahren das Bestimmen, ob eine Katalysatortemperatur höher als eine Schwellenwerttemperatur ist, beinhaltet. zum Beispiel kann die Katalysatortemperatur eine erfasste und/oder geschätzte Temperatur einer Emissionssteuervorrichtung, wie etwa der durch 1 darstellten Emissionssteuervorrichtung 190) sein. In einem Beispiel kann die Schwellenwerttemperatur eine normale Betriebstemperatur (oder Anspringtemperatur) der Emissionssteuervorrichtung während Phasen eines verlängerten Motorbetriebs (z. B. wenn sich der Motor nicht in einem Kaltstart-Zustand befindet) sein. Anders gesagt, die Schwellenwerttemperatur kann eine Temperatur sein, bei der die Emissionssteuervorrichtung NOx und andere Schadstoffe aus den Motorabgasen effektiv entfernt. Die Steuerung kann die erfasste und/oder geschätzte Temperatur der Emissionssteuervorrichtung mit der Schwellenwerttemperatur vergleichen, um zu bestimmen, ob die erfasste und/oder geschätzte Temperatur höher als die Schwellenwerttemperatur ist.
Wenn die Katalysatortemperatur bei 800 nicht höher als die Schwellenwerttemperatur ist, geht das Verfahren zu 802 über, wo das Verfahren das Einstellen des Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkts gemäß einem ersten Modus beinhaltet. In dem ersten Modus wird der Zündzeitpunkt der Vorkammer-Zündkerze verzögert, um eine Temperatur der Emissionssteuervorrichtung zu erhöhen. Zum Beispiel beinhaltet der erste Modus das Betätigen der Vorkammer-Zündkerze über die Steuerung, um einen Zündfunken zu erzeugen, während sich der Vorsprung in einer Richtung weg vom Zylinderkopf während eines einzelnen Verbrennungszyklus bewegt, nachdem der Vorsprung vollständig in die Vorkammer eingeführt wurde und bevor der Vorsprung vollständig aus der Vorkammer während des einzelnen Verbrennungszyklus entfernt wurde. Anders gesagt, die Steuerung kann ein elektrisches Signal an die Vorkammer-Zündkerze senden, um einen Zündfunken an einer Spitze der Vorkammer-Zündkerze zu erzeugen, während sich der Kolben von der OT-Position (dargestellt durch 2B und vorstehend beschrieben) eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus und in Richtung der UT-Position (dargestellt durch 2A und vorstehend beschrieben) eines Arbeitstakts des einzelnen Verbrennungszyklus bewegt, während sich der Vorsprung des Kolbens immer noch teilweise innerhalb der Vorkammer während des einzelnen Verbrennungszyklus befindet.
Indem der Zeitpunkt der Betätigung der Vorkammer-Zündkerze auf diese Weise eingestellt wird, kann eine Temperatur von Abgasen, die aus der Brennkammer während eines Ausstoßtakts des einzelnen Verbrennungszyklus strömen, erhöht werden. Während sich zum Beispiel der Vorsprung des Kolbens innerhalb der Vorkammer und weg vom Zylinderkopf bewegt, kann ein Luft/Kraftstoff-Druck innerhalb der Vorkammer verringert werden (z. B. kann sich ein Vakuumeffekt entwickeln), wodurch ein Strom von Luft/Kraftstoff-Gemisch aus der Brennkammer in die Vorkammer über die Öffnungen der Vorkammer erhöht wird. Der durch die Vorkammer-Zündkerze erzeuge Zündfunken zündet das in die Vorkammer strömende Luft/Kraftstoff-Gemisch. Während der Vorsprung aus der Vorkammer entfernt wird, kann das teilweise verbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch aus der Vorkammer aus der unteren Öffnung und in die Brennkammer strömen kann, wodurch das Zünden des verbleibenden Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammer gezündet wird. Infolge dessen erfolgt die Verbrennung von Luft/Kraftstoff innerhalb der Brennkammer relativ spät und eine erhöhte Menge an Wärmeenergie, die von der Verbrennung herrührt, kann durch die Abgase, die während des Ausstoßtakts aus der Brennkammer strömen, zurückgehalten werden. Die erhöhte Wärmeenergie der Abgase kann anschließend eine Erhitzungsrate der Emissionssteuervorrichtung erhöhen, wodurch die Emissionssteuervorrichtung auf eine normale Betriebstemperatur in einer kürzeren Zeitspanne unter Bedingungen wie etwa einem Motorkaltstart (z. B. einer Bedingung, in welcher der Motor angelassen und nach einer längeren Phase, in der er abgestellt und nicht in Betrieb war, betrieben wird) gebracht wird. Das Verfahren setzt sich anschließend von 802 fort, indem es zu 710, dargestellt durch 7 zurückkehrt.
Wenn die Katalysatortemperatur bei 800 höher als die Schwellenwerttemperatur ist, geht das Verfahren zu 804 über, wo das Verfahren das Bestimmen, ob eine AGR-Menge größer als eine Schwellenwertmenge ist, beinhaltet. Die AGR-Menge entspricht einer Menge an AGR-Gasen innerhalb der Brennkammer. In einem Beispiel können die AGR-Gase mit frischer Ansaugluft an einer der Brennkammer vorgelagerten Position (z. B. einem Ansaugkanal) gemischt werden. In einem anderen Beispiel können die AGR-Gase restliche Verbrennungsgase innerhalb der Brennkammer aus einem vorherigen Verbrennungszyklus sein. Die Steuerung kann die Menge an AGR-Gasen innerhalb der Brennkammer über einen oder mehrere Sensoren und/oder Motorbetriebsbedingungen messen und/oder Schätzen, um die gemessene und/oder geschätzte Menge mit der Schwellenwertmenge zu vergleichen. In einem Beispiel entspricht die Schwellenwertmenge einer Menge an AGR-Gasen, bei der die Verbrennungsstabilität beeinträchtigt wird. Zum Beispiel kann eine Menge an AGR-Gasen oberhalb der Schwellenwertmenge innerhalb der Brennkammer eine Brennbarkeit eines Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammer verringern. Infolge dessen kann eine Verbrennungstemperatur (z. B. eine Temperatur, bei der die Verbrennung erfolgt) des Luft/Kraftstoff-Gemischs erhöht werden. Um das Luft/Kraftstoff-Gemisch in Gegenwart einer hohen Menge an AGR-Gasen zu verbrennen, kann in einem anderen Beispiel die Temperatur des Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammer erhöht werden, wie nachstehend mit Bezug auf 810 beschrieben.
Wenn die Menge an AGR-Gasen innerhalb der Brennkammer bei 804 geringer als die Schwellenwertmenge ist, geht das Verfahren zu 806 über, wo das Verfahren das Einstellen des Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkts gemäß einem zweiten Modus beinhaltet. In dem zweiten Modus wird der Zündzeitpunkt der Vorkammer-Zündkerze derart eingestellt, dass die Verbrennung innerhalb der Vorkammer initiiert wird, bevor der Vorsprung des Kolbens vollständig in die Vorkammer gedrückt wird. Zum Beispiel beinhaltet der zweite Modus das Betätigen der Vorkammer-Zündkerze über die Steuerung, um einen Zündfunken zu erzeugen, während sich der Vorsprung in einer Richtung hin zum Zylinderkopf während eines einzelnen Verbrennungszyklus bewegt, bevor der Vorsprung während des einzelnen Verbrennungszyklus teilweise in die Vorkammer eingeführt wurde. Anders gesagt, ein Zündfunken wird durch die Vorkammer-Zündkerze erzeugt, während sich der Kolben von der UT-Position eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus und in Richtung der OT-Position des Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus bewegt, bevor der Vorsprung des Kolbens während des einzelnen Verbrennungszyklus teilweise in die Vorkammer eingeführt wurde. In einem Beispiel kann der Zündfunken erzeugt werden, unmittelbar bevor der Vorsprung in die Vorkammer während des Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus gedrückt wird.
Indem der Zeitpunkt der Betätigung der Vorkammer-Zündkerze auf diese Weise eingestellt wird, kann die Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemischs innerhalb der Vorkammer initiiert werden, bevor der Vorsprung in die Vorkammer gedrückt wird. Anders gesagt, die Verbrennung innerhalb der Vorkammer kann frühzeitig relativ zu einer Verbrennung initiiert werden, die auftritt, wenn der Vorsprung vollständig in die Vorkammer eingeführt ist. Das Initiieren einer frühzeitigen Verbrennung innerhalb der Vorkammer erhöht eine Temperatur von Luft/Kraftstoff innerhalb der Vorkammer, bevor der Vorsprung in die Vorkammer gedrückt wird. Der Vorsprung kann sich anschließend in die Vorkammer drücken (wie vorstehend mit Bezug auf 716 beschrieben, dargestellt durch 7) und das teilweise verbrannte(n) Luft/Kraftstoff durch die Öffnungen der Vorkammer und in die Brennkammer spritzen (wie vorstehend mit Bezug auf 718 beschrieben, dargestellt durch 7), wodurch das Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Brennkammer gezündet wird. Das Verfahren setzt sich anschließend von 806 fort, indem es zu 710, dargestellt durch 7 zurückkehrt.
Wenn die Menge an AGR-Gasen innerhalb der Brennkammer bei 804 größer als die Schwellenwertmenge ist, geht das Verfahren zu 808 über, wo das Verfahren das Bestimmen, ob eine gemessene und/oder geschätzte Motorlast größer als eine Schwellenwertmotorlast ist, beinhaltet. Zum Beispiel kann die Motorlast durch die Steuerung auf Grundlage eines oder mehrerer Sensoren (z. B eines Motordrehzahlsensors, eines Kurbelwellenpositionssensors usw.) gemessen und/oder geschätzt oder auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen (z. B. eines Abgasdurchsatzes, Kraftstoffverbrauchs usw.) abgeleitet werden. In einem Beispiel kann die Schwellenwertmotorlast einer Motorlast entsprechen, bei der ein einzelner Verbrennungszyklus innerhalb einer bestimmten Zeitspanne erfolgt. Wenn sich zum Beispiel der Motor in einem hohen Belastungszustand befindet, kann ein einzelner Verbrennungszyklus innerhalb einer ersten Zeitspanne erfolgen, und wenn sich der Motor in einem niedrigen Belastungszustand befindet, kann ein einzelner Verbrennungszyklus innerhalb einer zweiten Zeitspanne erfolgen, wobei die zweite Zeitspanne länger als die erste Zeitspanne ist.
Wenn die bei 808 gemessene und/oder geschätzte Motorlast geringer als die Schwellenwertmotorlast ist, geht das Verfahren zu 810 über, wo das Verfahren das Einstellen des Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkts gemäß einem dritten Modus beinhaltet. In dem dritten Modus wird der Zündzeitpunkt der Vorkammer-Zündkerze derart eingestellt, dass die Verbrennung innerhalb der Vorkammer initiiert wird, während der Vorsprung des Kolbens vollständig in die Vorkammer gedrückt wird. Zum Beispiel beinhaltet der dritte Modus das Betätigen der Vorkammer-Zündkerze über die Steuerung, um einen Zündfunken zu erzeugen, während sich der Vorsprung in einer Richtung hin zum Zylinderkopf während eines einzelnen Verbrennungszyklus bewegt und nachdem der Vorsprung während des einzelnen Verbrennungszyklus teilweise in die Vorkammer eingeführt wurde. Anders gesagt, ein Zündfunken wird durch die Vorkammer-Zündkerze erzeugt, während sich der Kolben weg von der UT-Position eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus und in Richtung der OT-Position des Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus bewegt, während der Vorsprung des Kolbens während des einzelnen Verbrennungszyklus teilweise in die Vorkammer eingeführt wird. Das Verfahren setzt sich anschließend von 810 fort, indem es zu 710, dargestellt durch 7 zurückkehrt.
Wenn die bei 808 gemessene und/oder geschätzte Motorlast größer als die Schwellenwertmotorlast ist, geht das Verfahren zu 812 über, wo das Verfahren das Einstellen des Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkts gemäß einem vierten Modus beinhaltet. In dem vierten Modus wird der Zündzeitpunkt der Vorkammer-Zündkerze derart eingestellt, dass die Verbrennung innerhalb der Vorkammer durch eine Vielzahl von Zündfunken und/oder durch länger andauernde Zündfunken initiiert wird, bevor der Vorsprung des Kolbens vollständig in die Vorkammer gedrückt wird. Zum Beispiel beinhaltet der dem vorstehend beschriebenen zweiten Modus ähnliche vierte Modus das Betätigen der Vorkammer-Zündkerze über die Steuerung, um einen Zündfunken zu erzeugen, während sich der Vorsprung in einer Richtung hin zum Zylinderkopf während eines einzelnen Verbrennungszyklus bewegt, bevor der Vorsprung während des einzelnen Verbrennungszyklus teilweise in die Vorkammer eingeführt wurde. Im Gegensatz zum zweiten Modus jedoch beinhaltet der vierte Modus das Betätigen der Vorkammer-Zündkerze für eine erhöhte Anzahl von Malen und/oder das Betätigen der Vorkammer-Zündkerze für eine relativ zur vorstehend mit Bezug auf den zweiten Modus beschriebene Betätigung verlängerte Dauer.
Während sich der Vorkammer-Zündzeitpunkt im vierten Modus befindet, beinhalten die Motorbedingungen, dass die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung geringer als die Schwellenwerttemperatur ist, dass eine Menge an AGR-Gasen innerhalb der Brennkammer und der Vorkammer größer als die Schwellenwertmenge ist und dass die Motorlast größer als die Schwellenwertlast ist. Infolge dieser Motorbedingungen kann die Brennbarkeit des Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammer und der Vorkammer niedrig sein (z. B. aufgrund der hohen Menge an AGR-Gasen) und eine Zeitspanne zum Verbrennen des Gemischs kann erhöht sein. Aufgrund der hohen Motorlast kann jedoch die Zeitspanne, in der ein einzelner Verbrennungszyklus erfolgt, gering sein, wie vorstehend beschrieben. Aufgrund der verlängerten Zeitspanne zum Verbrennen des Gemischs und der verkürzten Zeitspanne in einem einzelnen Verbrennungszyklus kann sich die Wahrscheinlichkeit einer Verbrennungsinstabilität (z. B. einer teilweisen/unvollständigen Verbrennung) erhöhen. Um die Wahrscheinlichkeit einer Verbrennungsinstabilität zu verringern, kann der vierte Modus dazu führen, dass die Vorkammer-Zündkerze Zündfunken mit einer längeren Dauer und/oder eine erhöhte Anzahl von Zündfunken erzeugt, um die Wahrscheinlichkeit einer teilweisen Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Vorkammer zu erhöhen. Das teilweise verbrannte Gemisch wird anschließend aus den Öffnungen der Vorkammer getrieben (wie vorstehend mit Bezug auf 716, dargestellt durch 7), um das Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Hauptkammer zu verbrennen (wie vorstehend mit Bezug auf 718, dargestellt durch 7). Das Verfahren setzt sich anschließend von 812 fort, indem es zu 710, dargestellt durch 7 zurückkehrt.
9 stellt eine andere beispielhafte Fortsetzung des durch das Verfahren 700 aus 7 dargestellten 710 dar. Insbesondere stellt 9 Schritte dar, die durch 714 zum Einstellen des Hauptkammer-Zündzeitpunkts auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen enthalten sind. Die Steuerung kann elektrische Signale an eine innerhalb der Hauptkammer angeordnete sekundäre Zündkerze (wie etwa die durch die 2A - 2B, 3 und 6 dargestellte sekundäre Zündkerze 222) übertragen, um die sekundäre Zündkerze zu betätigen und einen Zündfunken an einer Spitze der sekundären Zündkerze zu erzeugen. In einem Beispiel kann das Einstellen des Hauptkammer-Zündzeitpunkts (der hierin als sekundärer Zündzeitpunkt bezeichnet werden kann) das Einstellen einer Zeitmaßes zwischen den elektrischen Signalen (z. B. Einstellen einer Übertragungsrate elektrischer Signale), die von der Steuerung an die sekundäre Zündkerze übertragen werden, das Einstellen einer Dauer und/oder einer Anzahl von elektrischen Signalen, die von der Steuerung an die sekundäre Zündkerze übertragen werden, und/oder das Einstellen eines Zeitpunkts, zu dem der Zündfunke an der Spitze der sekundären Zündkerze (z. B. eines Zeitpunkts, zu dem der Zündfunke initiiert wird) relativ zum Verbrennungszyklus beinhalten.
Das Verfahren geht von 714 (dargestellt durch 7) zu 900, dargestellt durch 9, über, wo das Verfahren das Bestimmen, ob eine Fehlzündungserkennungsrate höher als eine Schwellenwertrate ist, beinhaltet. Zum Beispiel können Brennkammerfehlzündungen durch die Steuerung über einen oder mehrere Sensoren erkannt und/oder auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen (z. B. Schwankungen in der Drehmomentausgabe usw.) geschätzt werden. In einem Beispiel kann die Schwellenwertrate auf einer Rate basieren, bei der die Motordrehmomentausgabe erniedrigt ist. In einem anderen Beispiel kann die Schwellenwertrate auf einer Rate basieren, bei der eine Emissionsleistung des Motors erniedrigt ist (z. B. eine Rate, bei der schädliche Emissionen erhöht sind). In einem Beispiel kann die Fehlzündungserkennungsrate eine Anzahl von Brennkammerfehlzündungen sein, die während einer vorbestimmten Zeitspanne des Motorbetriebs erfolgen (z. B. eine Anzahl von Fehlzündungen, die über eine festgelegte Dauer des Motorbetriebs erfolgen). In einem anderen Beispiel kann die Fehlzündungserkennungsrate eine Anzahl von Brennkammerfehlzündungen sein, die über eine festgesetzte Anzahl von Verbrennungszyklen erkannt werden. Die Steuerung kann eine Anzahl von Fehlzündungen, die über die festgesetzte Anzahl von Verbrennungszyklen erkannt werden, aufzeichnen, um die Rate der Fehlzündungen pro festgesetzter Anzahl von Verbrennungszyklen zu bestimmen. Die Steuerung kann anschließend die Rate von Fehlzündungen mit der Schwellenwertrate vergleichen. Die Fehlzündungserkennungsrate kann durch die Steuerung für eine einzelne Brennkammer bestimmt werden oder kann eine kombinierte Rate für eine Vielzahl von Brennkammern sein.
Wenn bei 900 bestimmt wird, dass die Fehlzündungserkennungsrate höher als die Schwellenwertrate ist, geht das Verfahren zu 902 über, wo das Verfahren das Einstellen des sekundären Zündkerzen-Zündzeitpunkts auf Grundlage des Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkt-Modus beinhaltet. Wenn sich zum Beispiel der Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkt im ersten Modus befindet, kann der sekundäre Zündkerzen-Zündzeitpunkt (z. B. ein Zeitpunkt der innerhalb der Hauptkammer angeordneten Zündkerze, wie etwa der durch die 2A - 2B, 3 und 6 dargestellten zweiten Zündkerze 222) derart eingestellt werden, dass die sekundäre Zündkerze den gleichen Zündzeitpunkt wie die Vorkammer-Zündkerze aufweist. Anders gesagt, die Steuerung kann die sekundäre Zündkerze zum gleichen Zeitpunkt wie die Vorkammer-Zündkerze betätigen, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Hauptkammer teilweise zu verbrennen, während die Vorkammer-Zündkerze das Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Vorkammer teilweise verbrennt. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit einer Fehlzündung verringert. Wenn sich der Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkt im zweiten Modus oder vierten Modus befindet, kann als ein anderes Beispiel der sekundäre Zündkerzen-Zündzeitpunkt derart eingestellt werden, dass die sekundäre Zündkerze unmittelbar nach der Betätigung der Vorkammer-Zündkerze betätigt wird, um die Verbrennungsstabilität zu erhöhen. Wenn sich der Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkt im dritten Modus befindet, kann als ein noch anderes Beispiel der sekundäre Zündkerzen-Zündzeitpunkt derart eingestellt werden, dass die sekundäre Zündkerze betätigt wird, während teilweise verbrannte(r) Luft/Kraftstoff aus der Vorkammer in die Brennkammer getrieben wird, um die Wahrscheinlichkeit einer unvollständigen Verbrennung zu verringern.
Das Verfahren setzt sich anschließend von 902 fort, indem es zu 710, dargestellt durch 7, zurückkehrt.
Wenn bei 900 bestimmt wird, dass die Fehlzündungserkennungsrate geringer als die Schwellenwertrate ist, geht das Verfahren zu 904 über, wo das Verfahren das Bestimmen, ob eine Verbrennungsphaseneinstellung gewünscht wird, beinhaltet. Wenn zum Beispiel die Vorkammer-Zündkerze gemäß dem ersten Modus betätigt wird, kann die Verbrennung innerhalb der Hauptkammer relativ spät im Vergleich zu Bedingungen erfolgen, unter denen die Vorkammer-Zündkerze gemäß dem zweiten, dritten oder vierten Modus betätigt wird. Unter diesen Bedingungen kann die Steuerung eine Bestimmung durchführen, um die Verbrennungsphasenlage einzustellen, wie nachstehend beschrieben.
Wenn bei 904 eine Verbrennungsphaseneinstellung gewünscht wird, geht das Verfahren zu 902 über, wo das Verfahren das Einstellen des sekundären Zündkerzen-Zündzeitpunkts auf Grundlage des Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkt-Modus beinhaltet, wie vorstehend beschrieben. Während sich die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung der Schwellenwerttemperatur nähert, wie vorstehend mit Bezug auf 800 beschrieben, dargestellt durch 8, kann der sekundäre Zündkerzen-Zündzeitpunkt eingestellt werden, um die sekundäre Zündkerze früher im Verbrennungszyklus zu betätigen, was zu einer frühzeitigeren Verbrennung innerhalb der Hauptkammer führt. Indem veranlasst wird, dass die Verbrennung innerhalb der Hauptkammer früher erfolgt, kann eine verringerte Menge an Wärmeenergie zur Emissionssteuervorrichtung über die Abgase geleitet werden, wie vorstehend mit Bezug auf 802 beschrieben, dargestellt durch 8. Während sich die Temperatur der Emissionssteuervorrichtung der Schwellenwerttemperatur nähert, kann auf diese Weise eine verringerte Menge an Energie verwendet werden, um die Emissionssteuervorrichtung zu erwärmen und die Energie kann stattdessen verwendet werden, um eine Drehmomentausgabe des Motors zu erhöhen (indem z. B. über Verbrennung eine größere Kraftmenge auf den Kolben ausgeübt wird). Das Verfahren setzt sich anschließend von 902 fort, indem es zu 710, dargestellt durch 7, zurückkehrt.
Wenn bei 904 keine Verbrennungsphaseneinstellung gewünscht wird, geht das Verfahren zu 906 über, wobei das Verfahren das Einstellen des sekundären Zündkerzen-Zündzeitpunkts nicht beinhaltet. Wenn zum Beispiel die sekundäre Zündkerze zu einem bestimmten Zeitpunkt betätigt wird, wird keine Einstellung auf diesen Zeitpunkt durch die Steuerung durchgeführt. Das Verfahren setzt sich anschließend von 902 fort, indem es zu 710, dargestellt durch 7, zurückkehrt.
Indem der Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkt und der Hauptkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkt als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren eingestellt werden, kann eine Wahrscheinlichkeit einer Fehlzündung verringert werden. Zusätzlich kann unter Bedingungen, unter denen ein Verhältnis von AGR-Gasen zu frischer Ansaugluft innerhalb der Brennkammer hoch ist, eine Brennbarkeit des Gemischs erhöht werden.
Die technische Wirkung des Drückens eines Vorsprungs eines Kolbens in eine Vorkammer, die innerhalb einer Brennkammer angeordnet ist, dient zum Erhöhen einer Temperatur und eines Drucks eines Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Vorkammer. Die technische Wirkung des Einstellens eines Vorkammer-Zündkerzen-Zündzeitpunkts als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen dient zum Einstellen eines Verbrennungszeitpunkts der Brennkammer. Indem die Temperatur und der Druck des Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Vorkammer erhöht werden, kann auf diese Weise das Luft/Kraftstoff-Gemisch teilweise verbrannt werden, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Brennkammer zu zünden. Das teilweise verbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Vorkammer kann eine Brennbarkeit des Luft/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammer erhöhen. Indem zusätzlich die Öffnungen der Vorkammer innerhalb einer Seitenwand der in der Brennkammer angeordneten Vorkammer positioniert werden, können Strahlen von teilweise verbrannter/verbranntem Luft/Kraftstoff aus den Öffnungen spritzen und ein Mischen des teilweise verbrannten Gemischs mit dem unverbrannten Gemisch erhöhen. Indem zusätzlich der Vorsprung des Kolbens durch die untere Öffnung der Vorkammer gedrückt wird, kann eine erhöhte Menge an Verbrennungsgasen aus der unteren Öffnung herausströmen, während sich der Vorsprung weg vom Zylinderkopf bewegt, wodurch ein Maß an Frischluftverdünnung durch Abgase während des nächsten Verbrennungszyklus verringert wird.
Die 2A - 6 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Anordnung der verschiedenen Komponenten. Wenn derartige Elemente so dargestellt werden, dass sie einander direkt berühren oder direkt aneinander gekoppelt sind, können sie mindestens in einem Beispiel jeweils als sich direkt berührend oder direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart dargestellt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander anliegend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die sich Flächen miteinander teilen, als sich Flächen teilend bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei nur ein Raum dazwischen ist und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren dargestellt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in mindestens einem Beispiel als ein „Oberteil“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als ein „Unterteil“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne kann sich Oberteil/Unterteil, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen dargestellt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren dargestellt sind, als diese Formen (wie z. B. kreisförmig, gerade, eben, gebogen, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen) aufweisend bezeichnet werden. Ferner können Elemente, die so dargestellt sind, dass sie einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Noch ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements dargestellt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein System Folgendes: eine Brennkammer, die durch einen Zylinder gebildet wird, der durch einen Zylinderkopf abgeschlossen ist; eine Vorkammer, die durch den Zylinderkopf gebildet wird, wobei sich die Vorkammer vom Zylinderkopf weg und in den Zylinder erstreckt; und einen Kolben, der innerhalb des Zylinders angeordnet ist, wobei der Kolben einen Vorsprung beinhaltet, der so geformt ist, dass er in die Vorkammer passt. In einem ersten Beispiel des Systems beinhaltet das System eine erste Zündkerze, die mit dem Zylinderkopf an einer ersten Position gekoppelt ist, wobei eine Spitze der ersten Zündkerze innerhalb der Vorkammer angeordnet ist. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner eine zweite Zündkerze, die mit dem Zylinderkopf an einer zweiten Position gekoppelt ist, wobei eine Spitze der zweiten Zündkerze innerhalb der Brennkammer an einer zweiten Stelle außerhalb der Vorkammer angeordnet ist. Ein drittes Beispiel des Systems beinhaltet optional eines oder beide des ersten und des zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Vorkammer eine Vielzahl von Öffnungen beinhaltet, die durch eine Seitenwand der Vorkammer gebildet werden. Ein viertes Beispiel des Systems beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Vorkammer eine untere Öffnung beinhaltet, die geformt ist, um den Vorsprung des Kolbens aufzunehmen, und dass die Vorkammer über die untere Öffnung zur Brennkammer offen ist. Ein fünftes Beispiel des Systems beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner einen ersten Quetschbereich, der durch den Zylinderkopf gebildet wird, wobei sich der erste Quetschbereich vertikal unterhalb einer obersten Fläche der Brennkammer in einer Richtung einer zentralen Achse der Brennkammer erstreckt, und wobei die Vorkammer durch den ersten Quetschbereich gebildet wird. Ein sechstes Beispiel des Systems beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner einen zweiten Quetschbereich, der durch den Zylinderkopf gebildet wird und gegenüber dem ersten Quetschbereich in einer Richtung positioniert ist, die senkrecht zur zentralen Achse der Brennkammer verläuft.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren Folgendes: während eines einzelnen Verbrennungszyklus: Strömen eines brennbaren Gases in eine Hauptkammer eines Zylinders, der durch einen Zylinderkopf abgeschlossen ist; Strömen des brennbaren Gases in eine Vorkammer, die fluidisch mit dem Zylinder gekoppelt ist und sich weg vom Zylinderkopf und in den Zylinder erstreckt; und Verdichten des brennbaren Gases innerhalb der Vorkammer durch Drücken eines Vorsprungs eines Kolbens in die Vorkammer. In einem ersten Beispiel des Verfahrens beinhaltet das Strömen des brennbaren Gases in die Hauptkammer und in die Vorkammer das Mischen des brennbaren Gases mit Kraftstoff innerhalb des Zylinders oder innerhalb eines dem Zylinder vorgelagerten Ansaugstutzens, um ein Gas/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner: Zünden des Gas/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Vorkammer, um ein teilweise verbranntes Gemisch zu bilden; und Treiben des teilweise verbrannten Gemischs durch Öffnungen, die durch eine Seitenwand der Vorkammer gebildet sind, und in die Hauptkammer. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder beide des ersten und des zweiten Beispiels und beinhaltet ferner: Zünden des Gas/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Hauptkammer durch Mischen des Gas/Kraftstoff-Gemischs mit dem teilweise verbrannten Gemisch. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Zünden des brennbaren Gases innerhalb der Vorkammer das Zünden des Gas/Kraftstoff-Gemischs durch Selbstzündung über Drücken des Vorsprungs des Kolbens in die Vorkammer beinhaltet. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Zünden des Gas/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Vorkammer das Betätigen einer Vorkammer-Zündkerze, die teilweise innerhalb der Vorkammer angeordnet und mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist, um einen Zündfunken innerhalb der Vorkammer zu erzeugen, beinhaltet. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner das Einstellen eines Vorkammer-Zündzeitpunkts in einem ersten Modus als Reaktion darauf, dass eine Temperatur einer Emissionssteuervorrichtung unterhalb einer ersten Schwellenwerttemperatur liegt, wobei der erste Modus das Betätigen der Zündkerze zum Erzeugen eines Zündfunken beinhaltet, nachdem sich der Kolben in einer oberen Totpunkt-Position eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus befand und bevor sich der Kolben in einer unteren Totpunkt-Position eines Arbeitstakts des einzelnen Verbrennungszyklus befindet. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner das Einstellen des Vorkammer-Zündzeitpunkts in einem zweiten Modus als Reaktion darauf, dass eine Menge an AGR-Gasen innerhalb des Zylinders unterhalb einer Schwellenwertmenge liegt, wobei der zweite Modus das Betätigen der Zündkerze zum Erzeugen eines Zündfunken beinhaltet, nachdem sich der Kolben in einer unteren Totpunkt-Position eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus befand und bevor der Vorsprung während des Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus in die Vorkammer gedrückt wird. Ein achtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis siebten Beispiels und beinhaltet ferner das Einstellen des Vorkammer-Zündzeitpunkts in einem dritten Modus als Reaktion darauf, dass eine Menge an AGR-Gasen innerhalb des Zylinders oberhalb der Schwellenwertmenge liegt und eine Motorlast unterhalb einer Schwellenwertlast liegt, wobei der dritte Modus das Betätigen der Zündkerze zum Erzeugen eines Zündfunken beinhaltet, nachdem der Vorsprung während eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus in die Vorkammer gedrückt wurde und bevor sich der Kolben in einer oberen Totpunkt-Position des Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus befindet. Ein neuntes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis achten Beispiels und beinhaltet ferner das Einstellen des Vorkammer-Zündzeitpunkts in einem dritten Modus als Reaktion darauf, dass eine Menge an AGR-Gasen innerhalb des Zylinders oberhalb der Schwellenwertmenge liegt und die Motorlast oberhalb der Schwellenwertlast liegt, wobei der vierte Modus das Betätigen der Zündkerze zum Erzeugen einer Vielzahl von Zündfunken oder einer verlängerten Zündfunkendauer beinhaltet, nachdem sich der Kolben in einer unteren Totpunkt-Position eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus befand und bevor der Vorsprung während des Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus in die Vorkammer gedrückt wird. Ein zehntes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis neunten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Zünden des Gas/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Hauptkammer das Betätigen einer Hauptkammer-Zündkerze, die mit dem Zylinderkopf gekoppelt und innerhalb der Hauptkammer angeordnet ist, beinhaltet, und dass ein Hauptkammer-Zündzeitpunkt als Reaktion auf einen Vorkammer-Zündzeitpunkt eingestellt wird.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein System Folgendes: eine Brennkammer, die durch einen Zylinder gebildet wird, der durch einen Zylinderkopf abgeschlossen ist; eine Vorkammer, die durch den Zylinderkopf gebildet wird, wobei sich die Vorkammer vom Zylinderkopf weg und in den Zylinder erstreckt; einen Kolben, der innerhalb des Zylinders angeordnet ist, wobei der Kolben einen Vorsprung beinhaltet, der so geformt ist, dass er in die Vorkammer passt; eine erste Zündkerze, die mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist und eine innerhalb der Vorkammer angeordnete Spitze beinhaltet; Und eine Steuerung, einschließlich computerlesbarer Anweisungen zum: Einstellen eines Zündzeitpunkts der ersten Zündkerze als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen. In einem ersten Beispiel des Systems beinhaltet das System eine zweite Zündkerze, die mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist und eine Spitze beinhaltet, die innerhalb der Brennkammer an einer Position außerhalb der Vorkammer angeordnet ist, und wobei die Steuerung computerlesbare Anweisungen zum Einstellen eines Zündzeitpunkts der zweiten Zündkerze als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen beinhaltet.
Es ist zu beachten, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der auf nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert wird, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der unterschiedlichen Systeme und Konfigurationen und weitere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2012/0103302 [0004]
US 7922551 [0004]

Claims

System, umfassend: eine Brennkammer, die durch einen Zylinder gebildet wird, der durch einen Zylinderkopf abgeschlossen ist; eine Vorkammer, die durch den Zylinderkopf gebildet wird, wobei sich die Vorkammer vom Zylinderkopf weg und in den Zylinder erstreckt; und einen Kolben, der innerhalb des Zylinders angeordnet ist, wobei der Kolben einen Vorsprung beinhaltet, der so geformt ist, dass er in die Vorkammer passt.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine erste Zündkerze, die mit dem Zylinderkopf an einer ersten Position gekoppelt ist, wobei eine Spitze der ersten Zündkerze innerhalb der Vorkammer angeordnet ist; und eine zweite Zündkerze, die mit dem Zylinderkopf an einer zweiten Position gekoppelt ist, wobei eine Spitze der zweiten Zündkerze innerhalb der Brennkammer an einer zweiten Position außerhalb der Vorkammer angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Vorkammer eine Vielzahl von Öffnungen, die durch eine Seitenwand der Vorkammer gebildet sind, und eine untere Öffnung beinhaltet, die zum Aufnehmen des Vorsprungs des Kolbens geformt ist, wobei die Vorkammer über die untere Öffnung zur Brennkammer offen ist.
System nach Anspruch 1, das ferner einen ersten Quetschbereich umfasst, der durch den Zylinderkopf gebildet wird, wobei sich der erste Quetschbereich vertikal unterhalb einer obersten Fläche der Brennkammer in einer Richtung einer zentralen Achse der Brennkammer erstreckt, und wobei die Vorkammer durch den ersten Quetschbereich gebildet wird.
System nach Anspruch 4, das ferner einen zweiten Quetschbereich umfasst, der durch den Zylinderkopf gebildet wird und gegenüber dem ersten Quetschbereich in einer Richtung positioniert ist, die senkrecht zur zentralen Achse der Brennkammer verläuft.
Verfahren, umfassend: während eines einzelnen Verbrennungszyklus: Strömen eines brennbaren Gases in eine Hauptkammer eines Zylinders, der durch einen Zylinderkopf abgeschlossen ist; Strömen des brennbaren Gases in eine Vorkammer, die fluidisch mit dem Zylinder gekoppelt ist und sich weg vom Zylinderkopf und in den Zylinder erstreckt; und Verdichten des brennbaren Gases innerhalb der Vorkammer durch Drücken eines Vorsprungs eines Kolbens in die Vorkammer.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Strömen des brennbaren Gases in die Hauptkammer und in die Vorkammer das Mischen des brennbaren Gases mit Kraftstoff innerhalb des Zylinders oder innerhalb eines dem Zylinder vorgelagerten Ansaugstutzens, um ein Gas/Kraftstoff-Gemisch zu bilden, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Zünden des Gas/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Vorkammer, um ein teilweise verbranntes Gemisch zu bilden; und Treiben des teilweise verbrannten Gemischs durch Öffnungen, die durch eine Seitenwand der Vorkammer gebildet sind, und in die Hauptkammer.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Zünden des Gas/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Hauptkammer durch Mischen des Gas/Kraftstoff-Gemischs mit dem teilweise verbrannten Gemisch.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Zünden des brennbaren Gases innerhalb der Vorkammer das Zünden des Gas/Kraftstoff-Gemischs durch Selbstzündung über Drücken des Vorsprungs des Kolbens in die Vorkammer beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Zünden des Gas/Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Vorkammer das Betätigen einer Vorkammer-Zündkerze, die teilweise innerhalb der Vorkammer angeordnet und mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist, um einen Zündfunken innerhalb der Vorkammer zu erzeugen, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Einstellen eines Vorkammer-Zündzeitpunkts in einem ersten Modus als Reaktion darauf, dass eine Temperatur einer Emissionssteuervorrichtung unterhalb einer ersten Schwellenwerttemperatur liegt, beinhaltet, wobei der erste Modus das Betätigen der Zündkerze zum Erzeugen eines Zündfunken beinhaltet, nachdem sich der Kolben in einer oberen Totpunkt-Position eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus befand und bevor sich der Kolben in einer unteren Totpunkt-Position eines Arbeitstakts des einzelnen Verbrennungszyklus befindet.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Einstellen des Vorkammer-Zündzeitpunkts in einem zweiten Modus als Reaktion darauf, dass eine Menge an AGR-Gasen innerhalb des Zylinders unterhalb einer Schwellenwertmenge liegt, beinhaltet, wobei der zweite Modus das Betätigen der Zündkerze zum Erzeugen eines Zündfunken beinhaltet, nachdem sich der Kolben in einer unteren Totpunkt-Position eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus befand und bevor der Vorsprung während des Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus in die Vorkammer gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Einstellen des Vorkammer-Zündzeitpunkts in einem dritten Modus als Reaktion darauf, dass eine Menge an AGR-Gasen innerhalb des Zylinders oberhalb der Schwellenwertmenge liegt und eine Motorlast unterhalb einer Schwellenwertlast liegt, beinhaltet, wobei der dritte Modus das Betätigen der Zündkerze zum Erzeugen eines Zündfunken beinhaltet, nachdem der Vorsprung während eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus in die Vorkammer gedrückt wurde und bevor sich der Kolben in einer oberen Totpunkt-Position des Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus befindet.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Einstellen des Vorkammer-Zündzeitpunkts in einem dritten Modus als Reaktion darauf, dass eine Menge an AGR-Gasen innerhalb des Zylinders oberhalb der Schwellenwertmenge liegt und die Motorlast oberhalb der Schwellenwertlast liegt, beinhaltet, wobei der vierte Modus das Betätigen der Zündkerze zum Erzeugen einer Vielzahl von Zündfunken oder einer verlängerten Zündfunkendauer beinhaltet, nachdem sich der Kolben in einer unteren Totpunkt-Position eines Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus befand und bevor der Vorsprung während des Verdichtungstakts des einzelnen Verbrennungszyklus in die Vorkammer gedrückt wird.