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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorkammerzündvorrichtung zur Zündung in einem Flüssigkraftstoffmotor.
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HINTERGRUND
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Eine Vorkammerzündvorrichtung umfasst im Wesentlichen eine Vorkammer, eine Einspritzvorrichtung und eine Zündkerze. Die Vorkammer ist ein Abschnitt, der einen Teil einer Verbrennungskammer eines Motors definiert. Die Vorkammer steht über die Verbindungslöcher mit einer Hauptkammer der Verbrennungskammer in Verbindung. Die Einspritzvorrichtung spritzt flüssigen Kraftstoff als Kraftstoffsprühstrahl in Strahlform in die Vorkammer ein. Die Zündkerze weist an ihrem Spitzenende einen Zündabschnitt auf und zündet am Zündabschnitt flüssigen Kraftstoff, der mit Gas gemischt wird. Der Zündabschnitt ist an einer Position entfernt von einer Sprühstrahlmittellinie angeordnet, so dass er aufgrund des Kraftstoffsprühstrahls, der von der Einspritzvorrichtung eingespritzt wird, nicht nass wird, um nicht mit Kohlenstoff zu schwelen.
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Eine solche Vorkammerzündvorrichtung ermöglicht es, eine Kraftstoffkonzentration in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer auf einem höheren Grad als eine Kraftstoffkonzentration eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Hauptkammer aufrechtzuerhalten, wodurch die Zündfähigkeit in der Vorkammer verbessert werden kann. Ferner ermöglicht es die Vorkammerzündvorrichtung, die durch die Zündung in der Vorkammer erzeugte Flamme intensiv durch das Verbindungsloch in die Hauptkammer auszustoßen. Daher ermöglicht es die Vorkammerzündvorrichtung, eine Zündung stetig zu bewirken, selbst wenn die Kraftstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Hauptkammer niedrig ist.
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Wenn eine Einspritzvorrichtung einen Kraftstoffsprühstrahl in eine Vorkammer einspritzt, würde der eingespritzte Kraftstoffsprühstrahl an einer Wandfläche der Vorkammer anhaften, da die Vorkammer ein kleines Volumen aufweist. Folglich würde der anhaftende Kraftstoff einen Flüssigkeitsfilm bilden, um sich in einem Kraftstoffnasszustand zu befinden. Der Flüssigkeitsfilm kann Partikelmasse (PM) entwickeln. Darüber hinaus kann die Bildung eines Flüssigbrennstofffilms eine Erhöhung der Menge an nicht verdampftem Flüssigbrennstoff verursachen. Infolgedessen kann die Bildung eines Flüssigbrennstofffilms es erfordern, dass eine Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird. Ferner würde sich der flüssige Kraftstoff, der den Flüssigkeitsfilm bildet, in einem unteren Teil der Vorkammer ansammeln und würde eine Ansammlung von Ablagerungen in dem Verbindungsloch verursachen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorzusehen, die eingerichtet ist, um kaum einen Flüssigkeitsfilm auf einer Wandfläche einer Vorkammer zu bilden.
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Die Vorkammerzündvorrichtung für einen Flüssigkraftstoffmotor entsprechend der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vorkammer, die eingerichtet ist, um mit einer Hauptkammer in einer Verbrennungskammer eines Motors durch mehrere Verbindungslöcher in Verbindung zu stehen, eine Einspritzvorrichtung, die zum Einspritzen von flüssigem Kraftstoff als Kraftstoffsprühstrahl in Strahlform in die Vorkammer eingerichtet ist, und eine Zündkerze. Im Folgenden wird eine Mittelachsenlinie des von der Einspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffsprühstrahls als Sprühstrahlmittellinie bezeichnet. Die Zündkerze umfasst einen Zündabschnitt, der sich in der Vorkammer an einer von der Sprühstrahlmittellinie beabstandeten Position befindet und zum Zünden des flüssigen Kraftstoffs mit dem Zündabschnitt eingerichtet ist.
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Im Folgenden wird die Mittelachse jedes der Verbindungslöcher als Lochmittellinie bezeichnet. Die Vorkammerzündvorrichtung ist so eingerichtet, dass sich die Lochmittellinien an einem Schnittpunkt miteinander schneiden, wenn sich die Lochmittellinien in die Vorkammer erstrecken, und die Sprühstrahlmittellinie schneidet den Schnittpunkt.
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Entsprechend der vorliegenden Offenbarung schneidet die Sprühstrahlmittellinie den Schnittpunkt zwischen den Lochmittellinien. Daher kann der von der Einspritzvorrichtung eingespritzte Kraftstoffsprühstrahl durch Verwendung des einströmenden Luftstroms aus den Verbindungslöchern zerstreut werden. Daher ermöglicht der Aufbau, die Homogenität des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer zu verbessern. Darüber hinaus ermöglicht der Aufbau, eine Kollision des von der Einspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffsprühstrahls gegen die Wandfläche der Vorkammer durch die Diffusion zu vermeiden. Daher bildet sich kaum ein Flüssigkeitsfilm auf der Wandfläche der Vorkammer. Somit ermöglicht es der Aufbau, die Erzeugung von PM aufgrund der Bildung eines Flüssigkeitsfilms (Kraftstoffnässe) zu unterdrücken und die Erhöhung der erforderlichen Einspritzmenge aufgrund der Zunahme des nicht verdampften flüssigen Kraftstoffs, der durch die Bildung eines Flüssigkeitsfilms verursacht wird, zu unterdrücken. Außerdem ermöglicht es der Aufbau, zu verhindern, dass sich flüssiger Kraftstoff in einem unteren Teil der Vorkammer ansammelt und einen Flüssigkeitsfilm als Ablagerung bildet, der sich in dem Verbindungsloch ansammelt.
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Übrigens wurde
JP 2017-137820 A als Dokument gefunden, das erwähnt, dass sich eine Einspritzmittellinie von Gaskraftstoff mit einem Schnittpunkt von Lochmittellinien mehrerer Verbindungslöcher schneidet. Die Literatur bezieht sich jedoch auf ein technisches Gebiet eines Gasmotors, der für die Kraft-Wärme-Kopplung und dergleichen verwendet wird, und ist nicht relevant für ein technisches Gebiet eines Flüssigkraftstoffmotors. Daher ist das technische Gebiet der Literatur anders. Außerdem sei angemerkt, dass das Gas in der Literatur nicht zu einer Strahlform wird. Daher ist die Einspritzmittellinie keine Sprühstrahlmittellinie.
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Ferner ist in der
JP 2017-137820 A ein Zündabschnitt an einem Schnittpunkt von Lochmittellinien von Verbindungslöchern angeordnet, um die Temperatur des Zündabschnitts (Zündabschnitt) einer Zündkerze mit einem in eine Vorkammer strömenden Hochtemperaturgas zu erhöhen. Zusätzlich spritzt die Gaseinspritzvorrichtung auch den Gaskraftstoff zu dem Zündabschnitt hin. Als Ergebnis schneidet sich eine Einspritzmittellinie des Gaskraftstoffs mit dem Schnittpunkt der Lochmittellinien.
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Es sei jedoch angemerkt, dass auf einem technischen Gebiet eines Flüssigkraftstoffmotors eine Einspritzvorrichtung keinen Kraftstoffsprühstrahl in Richtung eines Zündabschnitts einspritzen kann. Der Grund liegt darin, dass ein Abnutzen der Kerze entstehen würde, um die Einspritzvorrichtung aufgrund der Benetzung des Zündabschnitts, die durch den Kraftstoffsprühstrahl verursacht wird, außer Kraft zu setzen. Daher befindet sich der Zündabschnitt eines Flüssigkraftstoffmotors an einer Position, die von der Sprühstrahlmittellinie beabstandet ist.
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Selbst wenn ein Durchschnittsfachmann auf dem technischen Gebiet eines Flüssigkraftstoffmotors versucht, die technische Idee eines Gasmotors mit einem Flüssigkraftstoffmotor unter Bezugnahme auf das Patentdokument 1 zu kombinieren, könnte derjenige höchstens auf die Idee kommen, zu bewirken, dass sich die Lochmittellinien miteinander im Zündabschnitt schneiden. Er kann nicht bewirken, dass sich die Sprühstrahlmittellinie mit dem Zündabschnitt schneidet.
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Figurenliste
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Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher. In den Zeichnungen:
- 1 ist eine Schnittansicht, die einen Motor entsprechend einer ersten Ausführungsform zeigt;
- 2 umfasst (a) eine Längsschnittansicht, die eine Vorkammerzündvorrichtung des Motors zeigt, und (b) eine Horizontalschnittansicht, die die Vorkammerzündvorrichtung zeigt;
- 3 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einem Schwerpunkt des Gases und einem Drehwinkel des Motors zeigt;
- 4 ist eine Längsschnittansicht, die eine Vorkammerzündvorrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform zeigt; und
- 5 ist eine Schnittansicht, die einen Motor entsprechend einer dritten Ausführungsform zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist und mit geeigneten Modifikationen implementiert werden kann, ohne vom Kern der Offenbarung abzuweichen.
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist eine Schnittansicht, die einen Motor 100 entsprechend der vorliegenden Offenbarung zeigt. Der Motor 100 ist ein Flüssigkraftstoffmotor, beispielsweise ein Benzinmotor, der für ein Automobil oder dergleichen verwendet werden soll. Der Motor 100 weist einen Zylinder 70 und einen Zylinderkopf 60 auf, der oberhalb des Zylinders 70 angeordnet ist.
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In der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber entsprechend den Zeichnungen eine Seite in Längsrichtung des Zylinders 70 als „obere“ und die andere als „untere“ bezeichnet. Es sei angemerkt, dass der Motor 100 in verschiedenen Richtungen installiert sein kann. Zum Beispiel kann der Motor 100 so installiert sein, dass die Längsrichtung des Zylinders 70 entlang der horizontalen Richtung angeordnet ist oder in Bezug auf die vertikale Richtung geneigt ist.
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Der Zylinder 70 definiert darin eine Kolbenkammer 71. Die Kolbenkammer 71 nimmt einen Kolben 77 auf, der in vertikaler Richtung verschiebbar ist. Ein Abschnitt der Kolbenkammer 71 oberhalb des Kolbens 77 bildet eine Hauptkammer 72 der Brennkammer. Eine Verbindungsstange 78 ist schwenkbar an dem Kolben 77 angebracht, um Kraft auf eine (nicht gezeigte) Kurbelwelle zu übertragen.
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Der Zylinderkopf 60 weist eine Einlassöffnung 61 und eine Auslassöffnung 69 auf. Der Zylinderkopf 60 ist mit einer Vorkammerzündvorrichtung 101 ausgestattet. Die Einlassöffnung 61 ist mit einem Einlassventil 63 ausgestattet. Die Auslassöffnung 69 ist mit einem Auslassventil 68 ausgestattet. In dem Zylinderkopf 60 ist eine Hauptkammereinspritzvorrichtung 62 zum Einspritzen von flüssigem Kraftstoff in die Einlassöffnung 61 installiert. Die Hauptkammereinspritzvorrichtung 62 spritzt Kraftstoff ein, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, das Luft und flüssigen Kraftstoff in der Einlassöffnung 61 umfasst. Die Hauptkammereinspritzvorrichtung 62 wird unter Verwendung einer (nicht gezeigten) ECU gesteuert.
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In 2 ist (a) eine Längsschnittansicht, die die Vorkammerzündvorrichtung 101 zeigt, und (b) ist eine horizontale Schnittansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie IIb-IIb in (a) von 2 zeigt. Die Vorkammerzündvorrichtung 101 fungiert als Zündvorrichtung des Motors 100. Die Vorkammerzündvorrichtung 101 umfasst ein Gehäuse 10, eine Einspritzvorrichtung 30 und eine Zündkerze 40.
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Das Gehäuse 10 ist in einem Stützloch 65 installiert, das in dem Zylinderkopf 60 ausgebildet ist. Eine Vorkammer 20 ist im Inneren des Gehäuses 10 ausgebildet. Die Vorkammer 20 ist ein Raum, der einen Säulenraum als Hauptteil und einen im Wesentlichen halbkugelförmigen Raum an seinem unteren Ende umfasst. Im Folgenden werden die Mittelachse des säulenförmigen Abschnitts und eine Verlängerungslinie der Mittelachse als eine Vorkammermittellinie C2 bezeichnet.
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In der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber entsprechend den Zeichnungen eine Seite der Vorkammermittellinie C2 in der Längsrichtung als „obere“ und die andere als „untere“ bezeichnet. Es sei angemerkt, dass die Vorkammerzündvorrichtung 101 in verschiedenen Richtungen installiert sein kann. Beispielsweise kann die Vorkammerzündvorrichtung 101 so installiert sein, dass die Längsrichtung der Vorkammermittellinie C2 entlang der horizontalen Richtung verläuft oder derart, dass die Längsrichtung der Vorkammermittellinie C2 entlang einer Richtung schräg zur oberen und unteren Richtung verläuft. Ferner kann die Vorkammerzündvorrichtung 101 so installiert sein, dass die Längsrichtung der Vorkammermittellinie C2 entlang einer Richtung verläuft, die schräg zur Längsrichtung des Zylinders 70 verläuft.
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Das Gehäuse 10 weist einen unteren Endabschnitt auf, der im Wesentlichen eine Halbkugelform aufweist. Der untere Endabschnitt weist mehrere Verbindungslöcher 13 auf, die mit der Vorkammer 20 in Verbindung stehen. In der Zeichnung beträgt die Anzahl der Verbindungslöcher 13 vier. Es sei angemerkt, dass die Anzahl der Verbindungslöcher 13 beispielsweise drei, fünf, sechs oder eine andere Anzahl sein kann. Die Hauptkammer 72 und die Vorkammer 20 stehen durch die Verbindungslöcher 13 miteinander in Verbindung. Im Folgenden wird die Mittelachse jedes Verbindungslochs 13 als Lochmittellinie C1 bezeichnet. Erweiterungslinien der jeweiligen Lochmittellinien C1, die sich jeweils in die Vorkammer 20 erstrecken, schneiden sich auf der Vorkammermittellinie C2. Im Folgenden wird der Schnittpunkt zwischen den Lochmittellinien C1 als Schnittpunkt P bezeichnet.
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Die Einspritzvorrichtung 30 befindet sich in der Vorderansicht relativ zur Vorkammermittellinie C2 auf einer Seite. Insbesondere ist die Einspritzvorrichtung 30 in der Zeichnung auf der rechten Seite exzentrisch angeordnet. Die Einspritzvorrichtung 30 ist so eingerichtet, dass sie flüssigen Kraftstoff, bei dem es sich um einen Kraftstoffsprühstrahl F in Strahlform handelt, in die Vorkammer 20 einspritzt. Die Einspritzvorrichtung 30 spritzt den Kraftstoffsprühstrahl F aus einer Position ein, die von der Vorkammermittellinie C2 versetzt ist. Nachfolgend wird eine Mittelachsenlinie des Kraftstoffsprühstrahls F, der von der Einspritzvorrichtung 30 eingespritzt wird, als Sprühstrahlmittellinie C3 bezeichnet. In einem Fall, in dem die Einspritzvorrichtung 30 flüssigen Kraftstoff in einer Strahlform aus einem Einspritzloch einspritzt, fällt die Mittelachse des Einspritzlochs mit der Sprühstrahlmittellinie C3 zusammen. Wenn dagegen flüssiger Kraftstoff in einer Strahlform aus mehreren Einspritzlöchern versprüht wird, bildet eine Schwerpunktlinie der Einspritzlöcher die Sprühstrahlmittellinie C3. Die Sprühstrahlmittellinie C3 erstreckt sich schräg bezüglich der Vorkammermittellinie C2 und schneidet die Lochmittellinie C1 und die Vorkammermittellinie C2 an dem Schnittpunkt P. Die Einspritzvorrichtung 30 wird unter Verwendung einer ECU gesteuert.
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Die Zündkerze 40 befindet sich in der Vorderansicht auf der anderen Seite der Vorkammermittellinie C2. Insbesondere befindet sich die Zündkerze 40 in der Zeichnung auf der linken Seite. Die Zündkerze 40 weist eine Elektrode 42 und eine andere Elektrode 44 am unteren Endabschnitt auf. Die eine Elektrode 42 und die andere Elektrode 44 definieren dazwischen einen Raum, der einen Zündabschnitt 43 bildet. Der Zündabschnitt 43 bewirkt, dass ein Zündfunke einen mit Gas gemischten flüssigen Kraftstoff entzündet. Der Zündabschnitt 43 ist an einer von der Sprühstrahlmittellinie C3 entfernten Position vorgesehen, um aufgrund des Kraftstoffsprühstrahls F nicht nass zu werden. Die Zündkerze 40 wird unter Verwendung der ECU gesteuert.
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Nachfolgend wird ein Betrieb des Motors 100 beschrieben. In einem Ansaugtakt bewegt sich der in 1 gezeigte Kolben 77 nach unten und das Einlassventil 63 öffnet sich, um dadurch ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus der Einlassöffnung 61 in die Hauptkammer 72 zu ziehen.
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Im darauffolgenden Verdichtungstakt bewegt sich der Kolben 77 nach oben. Zusammen mit dieser Aufwärtsbewegung, wie durch die Pfeile in 2A gezeigt, treten Luftströmungen von der Hauptkammer 72 durch die jeweiligen Verbindungslöcher 13 in die Vorkammer 20 auf. Die eintretenden Luftströmungen kollidieren miteinander an dem Schnittpunkt P. Daher verursachen die eintretenden Luftströmungen Störungen an dem Schnittpunkt P und in der Nähe des Schnittpunkts P. Außerdem entsteht ein Luftstrom, der sich von dem Schnittpunkt P nach oben bewegt.
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In dem gegenwärtigen Zustand spritzt die Einspritzvorrichtung 30 den Kraftstoffsprühstrahl F in Richtung des Schnittpunkts P ein. Der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffsprühstrahls F wird wie folgt beschrieben. Insbesondere wird in einem Verdichtungstakt eine Luftströmungsgeschwindigkeit an dem Schnittpunkt P nach einer mittleren Stufe maximal. Im Anschluss an die mittlere Stufe im Verdichtungstakt wird jedoch auch ein Luftstrom, der sich in der Vorkammer 20 in Richtung der Einspritzvorrichtung 30 nach oben bewegt, intensiv. Selbst wenn die Einspritzvorrichtung 30 den Kraftstoffsprühstrahl F zu diesem Zeitpunkt einspritzt, würde daher der größte Teil des Kraftstoffsprühstrahls F die Position des Schnittpunkts P nicht erreichen. Daher nimmt die Kraftstoffkonzentration in einem unteren Teil der Vorkammer 20 ab. Folglich nimmt die Homogenität des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer 20 ab. Somit sinkt auch die Motorleistung.
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3 zeigt einen Schwerpunkt des Gases in Bezug auf den Drehwinkel des Motors 100 im Verdichtungstakt. Eine eingekreiste Zeitdauer R in 3 entspricht dem Zustand, in dem die Position des Schwerpunkts des Gases niedrig ist. Wenn in diesem Zustand der Kraftstoffsprühstrahl F eingespritzt wird, um den Schnittpunkt P zu erreichen, kann der größte Teil des Kraftstoffsprühstrahls F die Höhe des Schnittpunkts P erreichen. Nachdem jedoch die Position des Schwerpunkts hoch wird, erreicht der größte Teil des Kraftstoffsprühstrahls F nicht die Höhe des Schnittpunkts P, selbst wenn der Kraftstoffsprühstrahl F eingespritzt wird.
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In Anbetracht dieses Punktes ist der Einspritzzeitpunkt entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ein Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoffsprühstrahl F den Schnittpunkt P erreicht, wenn der Schwerpunkt des Gases niedrig ist. Genauer gesagt, zu dem Zeitpunkt, bevor die Luftströmungsgeschwindigkeit an dem Schnittpunkt P im Verdichtungstakt maximal wird, erreicht der Kraftstoffsprühstrahl F den Schnittpunkt P und kollidiert mit der aus jedem der Verbindungslöcher 13 ankommenden Luftströmung an dem Schnittpunkt P. Nachfolgend wird der Zeitpunkt als bevorzugter Zeitpunkt bezeichnet. Daher ermöglicht der Aufbau das effiziente Diffundieren von flüssigem Kraftstoff durch Verwenden von Turbulenzen, die an dem Schnittpunkt P und in der Nähe des Schnittpunkts P auftreten. Auf diese Weise ermöglicht der Aufbau die Verbesserung der Homogenität des Luft-Kraftstoff-Gemisches im unteren Teil der Vorkammer 20. Außerdem verringert der Aufbau die Sprühstrahlpenetration durch Sprühen des Kraftstoffstrahls F in die Turbulenz hinein, um dadurch ein Anhaften des Kraftstoffsprühstrahls F an der Wandoberfläche der Vorkammer 20 zu unterdrücken.
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Der Aufbau stellt entsprechend der Drehzahl des Motors 100 den Einspritzzeitpunkt ein, der dem Drehwinkel des Motors zum Zeitpunkt der Einspritzung entspricht. Der Aufbau führt diesen Vorgang unter Berücksichtigung durch, dass sich entsprechend der Drehzahl des Motors 100 der Zustand der Luftströmung an dem Schnittpunkt P und in der Nähe des Schnittpunkts P ändert, und dass sich diese Intensität des aufsteigenden Luftstroms in der Vorkammer 20 ebenfalls ändert. Daher ändert sich auch der bevorzugte Zeitpunkt aufgrund von Änderungen dieser Faktoren. Vorzugsweise wäre der Einspritzzeitpunkt unabhängig von der Änderung der Drehzahl des Motors 100 der bevorzugte Zeitpunkt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Einspritzzeitpunkt wahlweise oder nur dann, wenn die Drehzahl des Motors 100 innerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, der häufig verwendet wird, der bevorzugte Zeitpunkt werden kann.
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Wie in 2 gezeigt ist, befindet sich der Schnittpunkt P, der das Ziel des Kraftstoffsprühstrahls F ist, auf der Vorkammermittellinie C2 und ist am weitesten von der Innenumfangsfläche der Vorkammer 20 entfernt. Daher kollidiert der Kraftstoffsprühstrahl F kaum mit der Innenumfangsfläche der Vorkammer 20. Zusätzlich ermöglicht es der Aufbau, eine Kollision des Kraftstoffsprühstrahls F gegen die Wandoberfläche der Vorkammer 20 zu vermeiden, indem eine Ausdehnungsbreite des eingespritzten Kraftstoffstrahls F so eingestellt wird, dass sie kleiner als der Innendurchmesser der Vorkammer 20 ist. Vorzugsweise würde man die Ausdehnungsbreite des Kraftstoffsprühstrahls F so groß wie möglich einstellen, um den Innendurchmesser der Vorkammer 20 nicht zu überschreiten. Auf diese Weise kann das Volumen in der Vorkammer 20 maximal genutzt werden und die Homogenität des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer 20 kann verbessert werden.
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Flüssiger Kraftstoff diffundiert an dem Schnittpunkt P und in der Nähe des Schnittpunkts P und vermischt sich mit Luft. Anschließend steigt der flüssige Kraftstoff mit aufsteigendem Luftstrom in der Vorkammer 20 nach oben und verteilt sich auf einen oberen Teil der Vorkammer 20. Daher wird die Homogenität des Luft-Kraftstoff-Gemisches in vertikaler Richtung in der Vorkammer 20 verbessert.
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Danach zündet der Zündabschnitt 43 der Zündkerze 40 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Verdichtungstakt endet, oder zu dem Zeitpunkt vor oder nachdem der Verdichtungstakt endet, den mit Luft gemischten flüssigen Kraftstoff (Gemisch). Zu diesem Zeitpunkt ist die Kraftstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer 20 höher als die Kraftstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Hauptkammer 72. Daher zeigt der Zustand eine ausgezeichnete Zündfähigkeit.
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Im darauffolgenden Expansionstakt wird in der Vorkammer 20 eine Flamme erzeugt, die die in 1 und dergleichen gezeigt ist. Die Flamme wird durch das Verbindungsloch 13 gedrosselt. Auf diese Weise wird die gedrosselte Flamme zu einer Flamme mit hoher Geschwindigkeit und wird in die Hauptkammer 72 abgegeben. Auf diese Weise ermöglicht der Aufbau selbst dann, wenn die Kraftstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Hauptkammer 72 niedrig ist, eine zuverlässige Zündung. Infolgedessen ermöglicht es der Aufbau, die Zündeffizienz zu verbessern und eine Verbrennung mit hoher Geschwindigkeit zu verwirklichen.
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Im darauffolgenden Auslasstakt steigt der Kolben 77 an und das Auslassventil 68 öffnet sich, um dadurch ein Abgas in der Hauptkammer 72 in Richtung der Auslassöffnung 69 abzulassen.
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Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform kann, wie vorstehend beschrieben, die Homogenität des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer 20 verbessert werden. Wie vorstehend beschrieben ist, wird ferner kaum ein Flüssigkeitsfilm auf der Wandoberfläche der Vorkammer 20 gebildet. Daher ermöglicht der Aufbau, die Erzeugung von PM aufgrund der Bildung eines Flüssigkeitsfilms (Kraftstoffnässe) zu unterdrücken und eine Erhöhung der erforderlichen Einspritzmenge aufgrund der Zunahme des nicht verdampften flüssigen Kraftstoffs, die durch die Bildung eines Flüssigkeitsfilms verursacht wird, zu unterdrücken. Zusätzlich ermöglicht es der Aufbau, zu verhindern, dass sich flüssiger Kraftstoff in einem unteren Teil der Vorkammer ansammelt und einen Flüssigkeitsfilm als Ablagerung bildet, der sich in dem Verbindungsloch 13 ansammelt.
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Nachfolgend wird eine zweite und dritte Ausführungsform beschrieben. In diesen Ausführungsformen werden nur Merkmale beschrieben, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden. Identische Bezugszeichen werden an Elementen und dergleichen angegeben, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind oder diesen entsprechen. Es sei angemerkt, dass die Vorkammerzündvorrichtungen in diesen Ausführungsformen jeweils mit unterschiedlichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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4 zeigt eine Vorkammerzündvorrichtung 102 der zweiten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform unterscheidet sich der Zeitpunkt, zu dem die Einspritzvorrichtung 30 den Kraftstoffsprühstrahl F einspritzt, von dem in der ersten Ausführungsform. Insbesondere ergibt sich sogar im Ansaugtakt ein Zeitpunkt, zu dem der Luftstrom an dem Schnittpunkt P maximal genutzt werden kann. Selbst in einem Fall, in dem der Kraftstoffsprühstrahl F zu diesem Zeitpunkt eingespritzt wird, kann eine Kollision des Kraftstoffsprühstrahls F mit der Wandfläche der Vorkammer 20 vermieden werden, und die Homogenität des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer 20 kann verbessert werden.
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Insbesondere wird im Ansaugtakt wird innerhalb der Vorkammer 20 ein Einlassluftstrom von dem Verbindungsloch 13 auf der Seite des Einlassventils 63 erzeugt, und ein Abgasstrom in Richtung des Verbindungslochs 13 wird auch auf der gegenüberliegenden Seite erzeugt. Diese Luftströmungen verursachen einen Luftstrom an dem Schnittpunkt P. In dem gegenwärtigen Zustand spritzt die Einspritzvorrichtung 30 den Kraftstoffsprühstrahl F in Richtung des Schnittpunkts P. Der vorliegende Einspritzzeitpunkt ist ein zweiter bevorzugter Zeitpunkt, zu dem in dem Ansaugtakt die Luftströmungsgeschwindigkeit an dem Schnittpunkt P maximal wird, und der Kraftstoffsprühstrahl F erreicht den Schnittpunkt P und kollidiert mit dem ankommenden Luftstrom aus jedem der Verbindungslöcher 13 an dem Schnittpunkt P. Der zweite bevorzugte Zeitpunkt wird ebenfalls bevorzugt, da die Luftströmung an dem Schnittpunkt P maximal genutzt wird.
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Der Aufbau stellt den Einspritzzeitpunkt entsprechend der Drehzahl des Motors 100 ein. Der Aufbau führt den Vorgang unter Berücksichtigung dessen durch, dass sich der Zeitpunkt, zu dem die Luftströmungsgeschwindigkeit an dem Schnittpunkt P maximal wird, entsprechend der Drehzahl des Motors 100 ändert und dass sich der zweite bevorzugte Zeitpunkt auch aufgrund der Änderung des Zeitpunkts der Kollision ändert. Es wird bevorzugt, dass der Einspritzzeitpunkt unabhängig von der Änderung der Drehzahl des Motors 100 der zweite bevorzugte Zeitpunkt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass der Einspritzzeitpunkt selektiv oder nur dann der zweite bevorzugte Zeitpunkt werden kann, wenn die Drehzahl des Motors 100 innerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, der häufig verwendet wird. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht es auch, die Homogenität des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer 20 zu verbessern und die Bildung eines Flüssigkeitsfilms auf der Wandoberfläche der Vorkammer 20 zu beschränken.
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(Dritte Ausführungsform)
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5 zeigt den Motor 100 der dritten Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Motor in der ersten Ausführungsform durch einen Motor mit Direkteinspritzung ersetzt, und die Hauptkammereinspritzvorrichtung 62 wird installiert, um flüssigen Kraftstoff direkt in die Hauptkammer 72 einzuspritzen. Die Vorkammerzündvorrichtung 103 ist ähnlich der der ersten Ausführungsform. Diese Ausführungsform kann auch die vorliegende Offenbarung implementieren.
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(Andere Ausführungsformen)
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Die vorliegende Ausführungsform kann auch mit den folgenden Modifikationen implementiert werden. Beispielsweise kann sich die Zündkerze 40, die in 2 und dergleichen gezeigt ist, weiter am linken Ende befinden. Außerdem können sich die Einspritzvorrichtung 30 und die Sprühstrahlmittellinie C3 auf der Vorkammermittellinie C2 befinden. Ferner kann zum Beispiel der Schnittpunkt P zwischen den Lochmittellinien C1 und der Sprühstrahlmittellinie C3 an einer Position angeordnet sein, die von der Vorkammermittellinie C2 beabstandet ist.
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Ferner kann in der ersten Ausführungsform beispielsweise der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffstrahls F ein Zeitpunkt sein, zu dem das Spitzenende des Kraftstoffstrahls F den Schnittpunkt P aufgrund des aufsteigenden Luftstroms in der Vorkammer 20 nicht erreichen kann. Sogar in diesem Fall kann durch Turbulenzen des Luftstroms vor dem Schnittpunkt P eine Diffusion des Kraftstoffsprühstrahls F erwartet werden.
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Beispielsweise kann in der zweiten Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffsprühstrahls F so eingestellt werden, dass der Kraftstoffsprühstrahl F den Schnittpunkt P erreicht, bevor oder nachdem die Geschwindigkeit des Luftstroms an dem Schnittpunkt P maximal wird.
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Ferner kann der Motor 100 beispielsweise in den Ausführungsformen für die Verwendung von Energieerzeugung oder dergleichen vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Motordrehzahl im Wesentlichen konstant gemacht werden. In diesem Fall tritt kein Problem bei einem Aufbau auf, der den Einspritzzeitpunkt nicht entsprechend der Motordrehzahl ändert.
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Es versteht sich, dass, obwohl die Vorgänge der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hierin als eine bestimmte Sequenz von Schritten enthaltend beschrieben worden sind, es beabsichtigt ist, dass weitere alternative Ausführungsformen, die verschiedene andere Sequenzen dieser Schritte und/oder zusätzliche Schritte umfassen, die hier nicht offenbart sind, innerhalb der Schritte der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
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Während die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken. Während die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen bevorzugt werden, sind auch andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element umfassen, ebenfalls im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017137820 A [0009, 0010]
