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Technisches Gebiet
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Diese Patentoffenbarung betrifft allgemein Verbrennungsmotoren und insbesondere Verbrennungskammermerkmale für Direkteinspritzungsmotoren.
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Hintergrund
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Die meisten modernen Motoren sind Direkteinspritzungsmotoren, was bedeutet, dass jeder Verbrennungszylinder des Motors eine speziell vorgesehene Kraftstoffeinspritzdüse umfasst, die dazu ausgestaltet ist, Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einzuspritzen. Während Direkteinspritzungsmotoren gegenüber älteren Konstruktionen eine Verbesserung der Motortechnologie in Form von erhöhter Motoreffizienz und verringerten Emissionen darstellen, ist die Verbesserung der Konstruktion eines konkreten Motors immer wünschenswert, insbesondere im Hinblick auf steigende Kraftstoffkosten und immer strengere Vorschriften bezüglich der Motoremissionen.
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In einem herkömmlichen Direkteinspritzungsmotor wirken ein oder mehrere Kraftstoffstrahlen, die in eine Verbrennungskammer eingespritzt werden, mit verschiedenen Verbrennungskammerstrukturen zusammen, die den Kraftstoff veranlassen, sich in die Verbrennungskammer hinein zu verteilen. Insbesondere treffen der oder die Kraftstoffstrahlen, die in die Verbrennungskammer eintreten, auf verschiedene Oberflächen der Verbrennungskammer, etwa eine Kolbenschale, die Flammdeckoberfläche des Zylinderkopfs, die Zylinderlaufbuchse oder die Bohrung, und auf weitere Oberflächen, bevor sie sich in alle Richtungen ausbreiten. Das Auftreffen der Kraftstoffstrahlen auf diese Strukturen kann eine Reihe von Effekten haben, die erhöhte Emissionen einschließen können, da in lokalen Bereiche mit höheren Kraftstoffkonzentrationen eine fette Verbrennung ablaufen kann, während in anderen Bereichen an dem Zylinder die Verbrennung mager ablaufen kann. Dies kann ferner zu höheren Temperaturen, verringerter Kraftstoffeffizienz, erhöhter Wärmeabstrahlung und höheren Komponententemperaturen und dergleichen führen.
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In der Vergangenheit wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um die Effizienz eines Motors zu verbessern und seine Emissionen zu verringern. Ein Beispiel einer bereits vorgeschlagenen Lösung ist dem
US-Patent Nr. 9,091,199 („Straub“) zu entnehmen, das am 28. Juli 2015 erteilt wurde. Straub beschreibt eine Verbrennungskammer, die einen Kolben umfasst, der Umlenkflügel ausbildet. Die Umlenkflügel bewirken laut Straub eine Verteilung eines Kraftstoffsprühnebels in Abschnitte, die zu einem der Umlenkflügel hin gerichtet sind, die ihren jeweiligen Anteil des Kraftstoffsprühnebels in einen kombinierten radialen Pfad umlenken, der um einen Mittelpunkt der Verbrennung verwirbelt ist. In der beschriebenen Ausführungsform, so erläutert Straub, wird der Kraftstoffsprühnebel somit im Wesentlichen tangential relativ zu dem kombinierten radialen Pfad der umgelenkten Abschnitte des Kraftstoffsprühnebels geleitet. Während die Strömungsumlenkung nach Straub zum Teil wirksam sein kann, indem sie das Mischen von Luft mit eintretendem Kraftstoff in der Verbrennungskammer verbessert, ist das Moment des umgelenkten Kraftstoffsprühnebels im Allgemeinen parallel zu einer oberen Kolbenoberfläche gehalten, so dass die induzierte Verwirbelung Kraftstoff veranlassen kann, zu einer Zylinderwand hin zu wandern. Das Halten des Kraftstoffs nahe an dem Kolben kann auch die Wärmerückstrahlung erhöhen, während der Kraftstoff verbrennt.
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Zusammenfassung
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Die Offenbarung beschreibt gemäß einem Aspekt einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor umfasst ein Motorblock mit zumindest einer Zylinderbohrung, einen Zylinderkopf mit einer Flammdeckoberfläche, die an einem Ende der Zylinderbohrung angeordnet ist, einen Kolben, der mit einer drehbaren Kurbelwelle verbunden und dazu ausgestaltet ist, sich innerhalb der Zylinderbohrung hin und her zu bewegen, wobei der Kolben einen Kolbenkronenabschnitt aufweist, der zu der Flammdeckoberfläche weist, so dass eine Verbrennungskammer innerhalb der Zylinderbohrung und zwischen einer oberen Oberfläche der Kolbenkrone und der Flammdeckoberfläche definiert wird, und eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einer Düsenspitze, die in Fluidverbindung mit der Verbrennungskammer angeordnet ist, wobei die Düsenspitze zumindest eine Düsenöffnung aufweist, die dazu ausgestaltet ist, einen Kraftstoffstrahl in die Verbrennungskammer und entlang einer Kraftstoffstrahl-Mittellinie einzuspritzen. Zumindest eine bogenförmige Einbuchtung ist in der oberen Oberfläche ausgebildet. Die zumindest eine bogenförmige Einbuchtung ist mit der Kraftstoffstrahl-Mittellinie ausgerichtet und umfasst eine Eintrittsfläche, die sich von einem zentralen Abschnitt des Kolbens erstreckt, eine Rückführungsfläche mit einer konkaven Gestalt, die sich entlang einer spiralförmigen Richtung benachbart zu der Eintrittsfläche erstreckt, sowie eine Wand, die sich allgemein in einer axialen Richtung erstreckt und radial entlang der Rückführungsfläche angeordnet ist.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Querschnitt einer Motorverbrennungskammer gemäß der Offenbarung.
- 2 ist eine Draufsicht eines Motorkolbens gemäß der Offenbarung.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht einer oberen Oberfläche eines Kolbens gemäß einer alternativen Ausführungsform.
- 4 ist eine schematische Ansicht einer oberen Oberfläche eines Kolbens zu verschiedenen Zeitpunkten während des Betriebs.
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Detaillierte Beschreibung
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Diese Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Merkmale, die innerhalb zumindest einer Verbrennungskammer des Motors eingebaut werden, um Kraftstoffstrahlen, die durch Düsenöffnungen separater Kraftstoffeinspritzdüsen geliefert werden, einzudämmen und umzulenken. Die Kraftstoffstrahlen werden während eines Großteils der Einspritzzeit umgelenkt und auch getrennt, um eine bessere Mischung von Kraftstoff/Luft und ein gleichmäßigeres Kraftstoff-/Luft-Gemisch innerhalb der Verbrennungskammer als im Vergleich zu bisher vorgeschlagenen oder bekannten Verbrennungssystemen zu befördern. Die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen, die hierin beschrieben werden, umfassen Strukturen und Merkmale, die ein Umlenken von Kraftstoffstrahlen in Umfangsrichtung in Bezug auf die Zylinderbohrung eines Motors bewirken oder veranlassen, um so eine Wechselwirkung zwischen benachbarten Kraftstoffstrahlen, die in die Verbrennungskammer eintreten, zu vermeiden, zu verringern oder zumindest zu verzögern. Der an den Zylinder gelieferte Typ Kraftstoff kann ein Sprühnebel oder -strahl aus flüssigem Kraftstoff wie etwa Diesel oder Benzin sein, oder ein Strahl aus gasförmigem Kraftstoff, wie etwa Erdgas oder Propangas. Die Konstruktionsmerkmale lenken jeden Kraftstoffstrahl separat um, um eine Spiralbewegung innerhalb der Verbrennungskammer zu erzeugen, die unabhängig von jeglichen Wirbeln ist, die durch die Verwendung von Ventileinsätzen oder Veränderungen der Anschlusskonstruktion erzeugt werden. In den beschriebenen Ausführungsformen wird dies zumindest zum Teil erreicht, indem ein Aufprall oder Auftreffen eines oder mehrerer Strahlen von Verbrennungskraftstoff zu einem Innenraum der Verbrennungskammer hin und von dem Zylinderkopf, den Ventilen und der Zylinderlaufbuchse weg geleitet wird. Die Verbrennung und Wärmefreisetzung werden auf diese Weise von den Oberflächen weggehalten und innerhalb der Verbrennungskammer durch die umliegenden Fluide innerhalb der Verbrennungskammer isoliert, was wiederum zu niedrigeren Komponententemperaturen, erhöhter Kraftstoffeffizienz und einem gleichmäßigeren Kraftstoff-/Luft-Gemisch führt, was auch zu geringeren Motoremissionen führt.
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Ein Querschnitt einer Verbrennungskammer 100 eines Motors 101 gemäß der Offenbarung ist in 1 dargestellt. Die Verbrennungskammer 100 weist eine allgemein zylindrische Gestalt auf, die innerhalb einer Zylinderbohrung 102 definiert ist, die innerhalb eines Kurbelgehäuses oder Motorblocks 104 des Motors ausgebildet ist. Die Verbrennungskammer 100 ist ferner an einem Ende durch eine Flammdeckoberfläche 106 eines Zylinderkopfs 108 definiert, und an einem anderen Ende durch eine Kolbenkrone 110 eines Kolbens 112 der hin und her bewegbar innerhalb der Bohrung 102 angeordnet ist. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 114 in dem Zylinderkopf 108 montiert. Die Einspritzdüse 114 weist eine Spitze 116 auf, die innerhalb der Verbrennungskammer 100 durch die Flammdeckoberfläche 106 hervorsteht, so dass sie direkt Kraftstoff in die Verbrennungskammer 100 einspritzen kann.
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Während des Betriebs des Motors 101 wird Luft in die Verbrennungskammer 100 über einen Einlassdurchgang 115 eingelassen, wenn ein oder mehrere Einlassventile 117 (eines ist dargestellt) während eines Einlasstakts offen sind. In einer bekannten Konfiguration wird Hochdruckkraftstoff ermöglicht, durch Düsenöffnungen in der Spitze 116 zu strömen. Jede Düsenöffnung erzeugt einen Kraftstoffstrahl 118, der sich allgemein dispergiert, um ein vorbestimmtes Kraftstoff-/Luft-Gemisch zu erzeugen, das sich in einem Kompressionszündungsmotor selbst entzündet und verbrennt. Die Kraftstoffstrahlen 118 können von der Einspritzdüse in einem eingeschlossenen Winkel ä zwischen 110 und 150 Grad geliefert werden, doch können auch andere Winkel verwendet werden. Auf die Verbrennung folgend wird Abgas aus der Verbrennungskammer durch einen Abgaskanal 120 ausgestoßen, wenn ein oder mehrere Auslassventile 122 (eines ist dargestellt) während eines Auslasstakts offen sind.
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Die Gleichmäßigkeit und das Ausmaß der Mischung von Kraftstoff/Luft in dem Verbrennungszylinder sind relevant für die Verbrennungseffizienz sowie die Menge und den Typ von Verbrennungsnebenprodukten, die gebildet werden. Zum Beispiel können kraftstoffreiche Mischungen, die aufgrund einer unzureichenden Mischung lokal innerhalb der Verbrennungskammer 100 während eines Verbrennungsereignisses vorliegen können, zu höheren Rußemissionen und geringerer Verbrennungseffizienz führen. In den veranschaulichten Ausführungsformen wird eine gleichmäßigere Kraftstoff/Luft-Mischung für jeden Kraftstoffstrahl geregelt, indem eine Vielzahl von bogenförmigen Einbuchtungen symmetrisch um die und in die Kronenoberfläche des Kolbens gebildet sind. Jede bogenförmige Einbuchtung dient dazu, einen einer Vielzahl von Kraftstoffströmen, die von einer einer Vielzahl von Düsenöffnungen in der Kraftstoffeinspritzdüse stammen, aufzunehmen, einzudämmen, umzulenken und darin gegen eine Mischung mit anderen Kraftstoffströmen von den übrigen Düsenöffnungen zumindest für eine Zeitperiode während eines Einspritzungs- und/oder Kraftstoffverbrennungsereignisses in der Verbrennungskammer während des Betriebs abzutrennen. Jede bogenförmige Einbuchtung weist eine gewölbte, geneigte Fläche an der oberen Oberfläche des Kolbens auf, die in ein konkaves Merkmal führt, das auf der oberen Kolbenfläche ausgebildet oder auf andere Weise darin konstruiert ist.
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Eine beispielhafte Ausführungsform des Kolbens 112 ist in 2 dargestellt. In der Veranschaulichung von 2 ist zur Vereinfachung nur eine obere Oberfläche 200 der Kolbenkrone 110 des Kolbens 112 dargestellt. Die obere Oberfläche 200 weist eine allgemein kreisförmige Gestalt auf, die eine Kronenoberfläche 202 umgibt. Die obere Oberfläche 200 ist innerhalb eines kreisförmigen Umfangs 204 definiert und weist eine allgemein flache Gestalt auf, die sich entlang einer einzelnen Ebene 206 erstreckt, die nominell in senkrechter Beziehung zu einer Mittelachse der Bohrung 102 (1) angeordnet ist. In die obere Oberfläche 200 ist eine Vielzahl von bogenförmigen Einbuchtungen 208 einbezogen, die eine konkave Gestalt aufweisen, die sich von der Ebene 206 in einer Richtung in den Körper des Kolbens 112 hinein weg erstrecken (d. h., in einer Richtung nach unten in der in 1 gezeigten Orientierung). In der illustrierten Ausführungsform sind fünf bogenförmige Einbuchtungen 208 dargestellt; es können jedoch auch weniger oder mehr bogenförmige Einbuchtungen in einem beliebigen konkreten Kolben verwendet werden. Es wird in Betracht gezogen, dass während der Verwendung gleich viele bogenförmige Einbuchtungen wie Düsenöffnungen in der Einspritzdüsenspitze vorgesehen werden, so dass jeder Kraftstoffstrahl, der von der Einspritzdüse geliefert wird, einer bogenförmigen Einbuchtung des Kolbens entspricht. Es sollte auch klar sein, dass nicht alle bogenförmigen Einbuchtungen dieselbe Gestalt aufweisen müssen. In dieser Ausführungsform umfasst die Kraftstoffeinspritzdüse 114 (1) fünf Düsenöffnungen auf, die in der Spitze 116 ausgebildet sind, so dass fünf Kraftstoffstrahlen 118 während des Motorbetriebs produziert werden. Wie gezeigt weisen alle fünf bogenförmigen Einbuchtungen 208 dieselbe Gestalt auf, um die fünf Kraftstoffstrahlen 118, die durch die Einspritzdüse geliefert werden, auf ähnliche, symmetrische Weise umzulenken. Wenn der Kolben 112 hin und her bewegbar in der Bohrung 102 des Motors 101 montiert ist, ist die obere Oberfläche 200 so orientiert, dass jeder der Kraftstoffstrahlen 118 in eine solche Richtung eingespritzt wird, dass der Kraftstoffstrahl 118 in eine jeweilige bogenförmige Einbuchtung 208 eintritt, um dadurch während des Motorbetriebs umgelenkt zu werden.
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Jede bogenförmige Einbuchtung 208 weist verschiedene flache, konkave oder konvexe Oberflächen auf, die direkt oder indirekt den jeweiligen Kraftstoffstrahl, der während des Betriebs in die bogenförmige Einbuchtung 208 geliefert wird, umleiten. In der illustrierten Ausführungsform umfasst jede bogenförmige Einbuchtung 208 eine flache Eintrittsfläche 210. Für jede konkrete bogenförmige Einbuchtung 208 liegt die Eintrittsfläche 210 entlang einer Ebene, die in einem spitzen Winkel relativ zu der Ebene 206 der Kolbenkrone angeordnet ist. Die Eintrittsfläche 210 weist eine allgemein dreieckige Gestalt mit gekrümmten Rändern auf, die einen zentralen Punkt 212 einschließt, der benachbart zu einem Kolbenflächenmittelpunkt 214 angeordnet ist. Die Eintrittsfläche 210 erstreckt sich von dem Kolbenflächenmittelpunkt 214 in einer Radialrichtung entlang der gewinkelten Ebene weg, um eine gewölbte oder geneigte Oberfläche bereitzustellen, die während des Betriebs in Eingriff und Kontakt mit dem jeweiligen Kraftstoffstrahl gelangt, um diesen entlang der Ebene und in die bogenförmige Einbuchtung 208 zu leiten.
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Dem zentralen Punkt 212 gegenüberliegend weist die Eintrittsfläche 210 einen allgemein gekrümmten Rand 216 auf, der sichelförmig ist und einen Bruch oder eine Biegung aufweisen kann, die einen Übergang zwischen der Eintrittsfläche 210 und einer Rückführungsfläche 218 bildet. Die Rückführungsfläche 218, die einen untersten Abschnitt der bogenförmigen Einbuchtung 208 bildet, weist eine konkave Gestalt auf, die in einer spiralförmigen Richtung radial nach außen von dem Kolbenzentralabschnitt entlang des gekrümmten Randes 216 verläuft. Ein zur Umlenkung des Kraftstoffstrahls verfügbarer Querschnitt der Rückführungsfläche 218 ist maximal entlang eines mittleren Abschnitts derselben, benachbart zu einem zweiten Punkt 220 der Eintrittsfläche 210, und nimmt in beiden radialen Richtungen nach innen und nach außen in Bezug auf den Kolbenzentralabschnitt ab, so dass er benachbart zu einem dritten Punkt 222 und dem Mittelpunkt 212 der allgemein dreieckigen Eintrittsfläche 210 minimal wird.
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Jede bogenförmige Einbuchtung 208 umfasst ferner eine Wand 224, die sich allgemein parallel oder in einem geringen Winkel relativ zu einer Kolbenkronenmittellinie oder Symmetrieachse erstreckt. Die Wand 224 weist eine variable Breite oder Höhe auf, die entlang der radial nach innen und außen laufenden Enden der Wand minimal ist, und entlang eines mittleren Abschnitts derselben maximal. Die Wand 224 weist einen oberen Rand 226 mit einer allgemein gekrümmten Gestalt und einen unteren Rand 228 auf, der einem äußeren Rand der Rückführungsfläche 218 folgt. An einer Schnittstelle oder Einfassung einer jeden bogenförmigen Einbuchtung 208 in Bezug auf die flache Kronenoberfläche 202 ist ein konvexer Übergang 230 angeordnet. Eine Vielzahl von eingetieften Oberflächen 232, die sich von der Ebene 206 der Kronenoberfläche 202 weg krümmen, kann ebenfalls um den Kolben umlaufend ausgebildet werden, so dass der Kolbenflächenmittelpunkt 214 als eine Spitze relativ zu den umgebenden Einbuchtungen 208 herausragt. Wenn die obere Oberfläche 200 des Kolbens aus einer Gesamtperspektive betrachtet wird, ähnelt die Anordnung der bogenförmigen Einbuchtungen 208 einer Blüte, oder, anders gesehen, einer negativen Form für eine Wasserschraube.
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Eine alternative Ausführungsform für eine obere Oberfläche 300 eines Kolbens gemäß der Offenbarung ist in 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform werden dieselben oder ähnliche Merkmale und Strukturen wie die obere Oberfläche 200 (2) zur Vereinfachung durch dieselben Bezugszahlen bezeichnet, die zuvor verwendet wurden. Die obere Oberfläche 300, ähnlich der oberen Oberfläche 200, umfasst eine Anordnung aus fünf bogenförmigen Einbuchtungen 208 auf, jedoch ist in dieser Ausführungsform ein Übergang zwischen Einbuchtungen in einem radial äußeren Bereich 302 abgeschnitten, um einen segmentierten kreisförmigen Umfang 310 zu erzeugen, der die zentrale Vertiefung um den Kolbenflächenmittelpunkt 214 herum umgibt. Zum Vergleich gibt es in der oberen Oberfläche 200 kein ausgeprägter Umfangsrand, so dass die flache Kronenoberfläche 202 sich zwischen den Einbuchtungen unter Bildung von spitzen Winkeln 234 erstreckt.
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Die obere Oberfläche 300 umfasst des Weiteren eine kegelstumpfförmige Außenfläche 304, die einen leeren Raum um einen oberen, äußeren Umfang des Kolbens erzeugt. Die äußere Oberfläche 304 öffnet den Quetschbereich des Kolbens, das heißt, den Bereich entlang der äußeren umlaufenden zylindrischen Oberfläche des Kolbens, die über dem oberen Dichtring des Kolbens angeordnet ist, und den zylindrischen Raum zwischen dem Kolben und der inneren Oberfläche der Kolbenbohrung. In der illustrierten Ausführungsform erstreckt sich die äußere Oberfläche 304 in einem spitzen Winkel á zwischen einem oberen Rand 306 des äußeren zylindrischen Abschnitts der Kolbenkrone und einem äußeren Umfang 308 der flachen Kronenoberfläche 202, und nimmt eine Höhe H in einer axialen Richtung entlang der Mittellinie der Kolbenkrone ein. Es wird in Betracht gezogen, dass der Winkel á zwischen 0 und 60 Grad liegen kann, doch können auch andere Winkel verwendet werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung ist nicht nur auf Verbrennungsmotoren mit hin und her bewegbaren Kolben anwendbar, wie sie relativ zu den hier illustrierten Ausführungsformen beschrieben werden, sondern auch auf andere Typen von Anwendungen, wie etwa Gasturbinen, gewerbliche Brenner und dergleichen. Im Allgemeinen können die verschiedenen bogenförmigen Einbuchtungen in einer Struktur ausgebildet werden, auf die der Kraftstoff trifft, wenn er durch eine Einspritzdüse in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird. Die bogenförmigen Einbuchtungen und die Umlenkung und Trennung von Kraftstoffstrahlen und -wolken, die sie bereitstellen, sind wirksam, um eine schnellere und gleichmäßigere Vormischung von Kraftstoff und Luft in den Verbrennungskammern von Motoren zu fördern und das Mitreißen von umgewälzten Verbrennungsprodukten aus stromabwärtigen Bereichen in stromaufwärtige Bereiche eines in die Verbrennungskammer eingespritzten Kraftstoffstrahls zu verhindern.
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Ein zeitliches Ablaufdiagramm des Eingriffs und der Umlenkung eines Kraftstoffstrahls 118 in einer bogenförmigen Einbuchtung 208 ist für fünf Zeitpunkte, zur Veranschaulichung für alle zusammen, in 4 dargestellt. Der in 4 dargestellte Kolben ist in fünf Bereiche segmentiert, einen ersten Bereich, der mit „(1)“ bezeichnet ist, einen zweiten Bereich, der mit „(2)“ bezeichnet ist, einen dritten Bereich, der mit „(3)“ bezeichnet ist, einen vierten Bereich, der mit „(4)“ bezeichnet ist und einen fünften Bereich, der mit „(5)“ bezeichnet ist. Während dies hier an einem einzelnen Kolben gezeigt wird, sollte klar sein, dass jeder der ersten bis fünften Bereiche eine Momentaufnahme der Stellung und Verteilung eines Kraftstoffstrahls in unterschiedlichen Zeitpunkten darstellt, und auch eine unterschiedliche Stellung des Kolbens in der Bohrung darstellt, beginnend bei etwa -5 Grad nach dem oberen Totpunkt (dATDC), was auch ausgedrückt werden kann als 5 Grad vor dem oberen Totpunkt (dBTDC), bis etwa 30 dATDC. Es sollte natürlich klar sein, dass die Verteilung des Kraftstoffstrahls und seine Wechselwirkung mit der bogenförmigen Einbuchtung sich in Abhängigkeit von der Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung einer konkreten Motoranwendung und eines konkreten Verbrennungssystems ändern können.
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Die folgende Tabelle 1 veranschaulicht die konkrete Zeitsteuerung, die in der Veranschaulichung in
4 gezeigt wird.
Tabelle 1
| Stellung Nr. | Zeitsteuerung (dATDC) |
| (1) | -5 |
| (2) | -2 |
| (3) | 4 |
| (4) | 14 |
| (5) | 28 |
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Nun bezugnehmend auf 4 ist ersichtlich, dass bei Auslösung einer Kraftstoffeinspritzung in der ersten Stellung ein Kraftstoffstrahl 118 an dem Eintritt einer bogenförmigen Einbuchtung 208 an einem Eintritts- oder Bodenwinkel 402 bereitgestellt wird, der zwischen etwa 15 und 30 Grad in Bezug auf die Ebene 206 der oberen Oberfläche oder Kronenoberfläche 202 liegen kann. Der Eintritts- oder Bodenwinkel 402 hängt von der Neigung des Eintrittsabschnitts der bogenförmigen Einbuchtung und/oder der Neigung der Düsenöffnungen in der konkreten Kraftstoffeinspritzdüse ab, die den Kraftstoffstrahl liefert, sowie der axialen Stellung des Kolbens innerhalb der Bohrung. Wie im Folgenden beschrieben wird, tritt der Kraftstoff aus der bogenförmigen Einbuchtung in einem Austrittswinkel 404 aus, der von der Gestalt des radial äußeren Abschnitts der Einbuchtung abhängt, und eine Wechselwirkung des Kraftstoffstrahls mit dem Zylinderkopf und den angrenzenden Strahlen definiert. Der Austrittswinkel 404 kann in der illustrierten Ausführungsform zwischen 10 und 60 Grad liegen.
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In der zweiten Stellung, die Augenblicke nach der ersten Stellung folgt, hat der Kraftstoffstrahl Kontakt mit der Rückführungsfläche und beginnt, sich in einen weiteren Kontaktbereich 406 zu auszubreiten, während Kraftstoff von dem Strahl durch Kontakt mit der Rückführungsfläche umgelenkt wird. Während der umgelenkte Kraftstoff der Rückführungsfläche folgt, erreicht er eine Tiefe 418, die zwischen 5 und 20 Prozent des Bohrungsdurchmessers liegt, und kehrt sich um einen Wenderadius 410, der etwa 5 und 30 Prozent des Bohrungsdurchmessers ausmacht, um. Gleichzeitig wird der Kraftstoff nach oben und von der Kolbenfläche weg umgelenkt, in einer einspringenden Richtung 422, was eine Bewegung der Kraftstoffwolke erzeugt, die von dem Strahl gebildet wird, die zwischen 0 und 12 Prozent der radialen Länge, die durch den Strahl und die entstehende Wolke eingenommen wird, des nachlaufenden Teils des Strahls überlagert. Da die radiale Position, in der der Kraftstoffstrahl in die bogenförmige Einbuchtung ein- und daraus austritt, in Abhängigkeit von dem axialen Abstand des Kolbens von den Düsenöffnungen der Kraftstoffeinspritzdüse variiert, kann eine radiale Eintrittsstellung 414 zwischen 0 und 31 Prozent des Bohrungsdurchmessers betragen, während eine radiale Austrittsstellung 416 zwischen 5 und 50 Prozent des Bohrungsdurchmessers betragen kann.
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Dementsprechend setzt sich der Kraftstoffstrahl in der dritten Stellung fort und der Bereich des Strahls, der umgelenkt 408 wird, erweitert sich, um einen größeren Abschnitt der Rückführungsfläche einzunehmen. Es wird angemerkt, dass eine radiale Komponente der Geschwindigkeit oder des Moments des Kraftstoffstrahls den Kraftstoff veranlasst, der Rückführungsfläche als ein umgelenkter Strahl 408 zu folgen, der nun einen Strom bildet und sich in einem radial äußeren und spiralförmigen Pfad bewegt.
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In der vierten Stellung erreicht der umgelenkte Strahl 408 ein Ende der bogenförmigen Einbuchtung, und sein Moment führt von dem Kolben weg, um eine Wolke 424 zu bilden, die in einer Aufwärtsrichtung von dem Kolben gelenkt wird. Aufgrund der Gestalt des umgelenkten Strahls, der die Wolkenerzeugung speist, neigt die Wolke dazu, sich in einer Richtung zu konzentrieren, die nicht unmittelbar in eine Richtung einer benachbarten Wolke eindringt oder streut, die durch eine benachbarte bogenförmige Einbuchtung erzeugt wird. Auf diese Weise werden die verschiedenen Wolken voneinander getrennt, wenn die Kraftstoffstrahlen umgelenkt werden, um eine bessere Kraftstoff/Luft-Mischung in der Verbrennungskammer zu erlauben, wie zuvor beschrieben.
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In der fünften Stellung liegt nun ein Großteil des Kraftstoffs, der von der Einspritzdüse geliefert wird, in einer Wolke 412 vor, welche die bogenförmige Einbuchtung hauptsächlich in einer „Aufwärts“-Richtung verlassen hat, oder anders gesagt, in einer Richtung von der Kolbenfläche weg und zu dem inneren Abschnitt der Verbrennungskammer hin, während der Strahl bereits verbrennt oder zu verbrennen beginnt. Wie aus der Veranschaulichung von 4 ersichtlich ist, kann ein Teil der radialen Komponente des Moments des Kraftstoffs die Wolke 412 veranlassen, in einer radial nach außen gehenden Richtung zu driften. Zusätzlich zu einer gewissen Bewegung radial nach außen hat die Wolke den Kolben mit einer gewissen Aufwärtsbahn von dem Kolben weg verlassen, so dass die Wolke noch immer gegen die Mischung mit Wolken benachbarter bogenförmiger Einbuchtungen abgetrennt, oder größtenteils oder allgemein getrennt sind.
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Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung nur Beispiele des offenbarten Systems bzw. der offenbarten Technik bietet. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass andere Implementierungen der Offenbarung sich im Detail von den vorstehenden Beispielen unterscheiden können. Alle Verweise auf die Offenbarung oder deren Beispiele sind als Verweis auf das speziell an dieser Stelle besprochene Beispiel zu verstehen und stellen keine Begrenzung des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen dar. Alle Formulierungen einer Unterscheidung und einer Herabsetzung bezüglich bestimmter Merkmale sollen eine geringere Bevorzugung dieser Merkmale angeben, diese jedoch nicht vom Bereich der Offenbarung ausschließen, falls nichts Anderes angegeben ist.
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Die Erwähnung von Wertebereichen soll hier nur als ein abgekürztes Verfahren dazu dienen, einzeln jeden getrennten Wert zu nennen, der in den Bereich fällt, außer wenn dies in anderer Weise hier angezeigt wird, und jeder getrennte Wert wird in die Beschreibung mit eingeschlossen, genauso wie wenn er einzeln hier genannt worden wäre. Alle hier beschriebenen Verfahren können in beliebiger geeigneter Reihenfolge durchgeführt werden, falls hier nichts Anderes angegeben ist oder es zum konkreten Zusammenhang nicht in einem klaren Widerspruch steht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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