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Die
Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren. Insbesondere betrifft die
Erfindung ein Verfahren zum Anlassen eines Freikolbenmotors.
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Ein
Freikolben-Verbrennungsmotor weist ein oder mehrere sich hin- und
herbewegende Kolben auf, die in einem Verbrennungszylinder angeordnet sind.
Allerdings ist keine Kurbelwelle vorhanden, die die Kolben gegenseitig
verbindet und sie zum Hin- und Herbewegen veranlasst, sobald sie
von einem Starter-Generator, wie in einem herkömmlichen Verbrennungsmotor,
angetrieben werden. In einem Freikolbenmotor bewegt sich im normalen
Betrieb jeder Kolben während
eines Expansionshubs in seinem Zylinder in Erwiderung auf Kräfte, die
durch Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Zylinder erzeugt werden.
Der in dem einen Zylinder durch Verbrennung erzeugte Druck wird
verwendet, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem anderen Zylinder
zu verdichten. Bevor während
des Anlassens eine Verbrennung erfolgt, wird ein Aktuatorsystem
verwendet, um die Kraftstoff-Luft-Ladung zu verdichten, die dem
Expansionshub folgt. Die Bewegung der Kolben wird von einem System
gesteuert, das Kolbenpendelbewegung, Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
und dessen Verbrennung synchronisiert. Kolbenverschiebung und Kolbengeschwindigkeit,
Zylinderdruck und das Verdichtungsverhältnis werden von dem System überwacht
und gesteuert, das Abweichungen von gewünschter synchronisierter Hin-
und Herbewegung der Kolben periodisch nachregelt.
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Während des
Startens eines Freikolbenmotors werden die Kolben mittels eines
Starter-Aktuator-Systems verdrängt,
das einen hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antrieb verwendet. Vorzugsweise
wird elektrische Energie zum Antrieb der Kolben verwendet, sobald
ein Motor gestartet wird, der hydraulische oder pneumatische Leistung erzeugt.
Wenn ein mit Kompressionszündung
arbeitender Freikolbenmotor gestartet wird, wird ein erhebliches
Verdichtungsverhältnis
der Kraftstoff-Luft-Ladung in einem Zylinder benötigt, um eine Verbrennung zu
erzeugen. Wenn konventionelle Motorstarttechniken verwendet werden,
wird speziell bei Kaltstartbedingungen ein großer Energiebetrag benötigt, um
das Verdichtungsverhältnis
zum Anlassen des Motors zu erzeugen.
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Die
EP 0 481 690 A2 beschreibt
ein Verfahren zum Starten eines Freikolben-Verbrennungsmotors, bei
dem die Hydraulikzylinder-Räume
einer doppeltwirkenden Kolben-Zylinderanordnung
alternierend mit Druck beaufschlagt werden.
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Wenn
die Kolben vollständig
von einem Aktuator hin- und herbewegt werden, bevor eine Verbrennung
während
des Anlassens erfolgt, wird ein großer Energiebetrag zur Verdichtung
des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Verbrennungsraum benötigt, insbesondere
bei Kaltstart eines Kompressionszündungs-Freikolbenmotors bei
kaltem Wetter. Eine Methode ist erforderlich, um zum Starten des Motors
das Erfordernis einer großen,
kapazitiven Energiequelle zu vermeiden.
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Hierzu
stellt die Erfindung ein Verfahren zum Anlassen eines Freikolben-Verbrennungsmotors
gemäß Anspruch
1 bereit. Weitere Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Ein
Freikolbenmotor, auf den diese Erfindung angewandt werden kann,
weist axial fluchtende Zylinder, ein inneres Paar von miteinander
gekuppelten Kolben und ein äußeres Paar von
miteinander gekuppelten Kolben auf. Der eine Kolben jedes Kolbenpaares
bewegt sich in einem ersten Zylinder hin und her, wohingegen der
andere Kolben dieses Kolbenpaares sich in einem zweiten Zylinder
hin- und herbewegt. Jeder Zylinder ist mit Ansaugkanälen, durch
die Luft in den Zylinder eintritt, Auslasskanälen, durch die Abgas den Zylinder
verlässt,
und einem Kraftstoffkanal, durch den üblicherweise durch Einspritzung Kraftstoff
dem Zylinder zugeführt
wird, versehen. Die Bewegung der Kolben in dem einen Zylinder, die
dort durch Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches verursacht
wird, zwingt die Kolben in dem anderen Zylinder dazu, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch
in dem zweiten Zylinder zu verdichten und eine Verbrennung dieses
Gemisches auszulösen.
Auf diese Art bewegen sich die Kolbenpaare in den Zylindern beiderseits
entgegengesetzt hin und her, wobei sich das eine Kolbenpaar längslaufend
in die eine Richtung bewegt, wohingegen sich das andere Paar in
die entgegengesetzte Richtung bewegen. Wenn eine Verbrennung in
dem einen Zylinder erfolgt, kehren sich die Bewegungsrichtungen
jedes Kolbenpaares um, wobei sie einen Kompressionshub in dem anderen Zylinder
erzeugen.
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Wenn
der Motor abgestellt wird, können
sich die Kolben an beliebiger Position im Zylinder befinden. Ein
Freikolbenmotor hat üblicherweise
keine Einlassventile oder Auslassventile, um die Strömung der
Luft und des Abgases in und aus dem Zylinder zu steuern. Stattdessen
wird der Zylinder durch einen Ansaugkanal von einem Turbolader,
der von Motorabgasen angetrieben wird, mit einer unter Druck stehenden
Luftladung versorgt. Wenn der Motor mit einem Kolben im Kompressionshub
abgestellt wird, treten während
der Abstelldauer unter dem Druck in dem Zylinder Verluste der Luftladung
des Zylinders durch Undichtigkeit der Ansaug- und Auslasskanäle und quer über die
Kolbenringe hin auf. Durch diese Ausströmung kann ein partielles Vakuum
in dem Zylinder erzeugt werden.
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Um
zu vermeiden, auf große
hydraulische oder pneumatische Drücke in dem Starter-Aktuator angewiesen
zu sein, ist eine periodische Anlass-Strategie entwickelt worden.
Die Kolben werden während
des Anlassens mit einer stufenweise zunehmenden Verschiebung hin-
und herbewegt, um einen hinreichenden Betrag von kinetischer Energie
in den Kolben zu entwickeln, um eine Verbrennung der Kraftstoff-Luft-Ladungen
zu bewirken. Energie, die auf die Kolben von einem Starter-Aktuator aufgebracht
wird, und Energie, die durch die Expansion der verdichteten Luftladung
wiedererlangt wird, noch bevor eine Verbrennung erfolgt, wird kombiniert,
um die kinetische Energie der sich hin- und herbewegenden Kolben
zu erhöhen
und um den Druck in dem Verbrennungsraum stetig zu erhöhen.
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Das
Verfahren zum Anlassen des Motors verwendet einen Aktuator, wie
beispielsweise einen hydraulischen oder pneumatischen Pumpmotor
oder einen elektrisch linearen Starter-Generator, um die Kolben
zu einer Position zu bewegen, wo die Ansaugkanäle geöffnet sind. Dies gewährleistet,
dass Luft in einem Zwischenraum innerhalb der Zylinder vorhanden
ist, der während
eines Abschnitts des Anlassvorgangs begrenzt ist. Dieser Luftraum
arbeitet während
des Anlassvorgangs wie eine Luftfeder, um kinetische Energie des
Kolbens durch Verdichtung der Luftladung während eines Kompressionshubs
zu speichern, und um eine Luftladungsdruckkraft auf den Kolben während eines
Expansionshubs aufzubringen. Die Kolben bewegen sich mit einer steigenden
Verschiebung in Erwiderung auf die Aufbringung der Aktuator-Kraft
und der Druckkräfte,
die von der Luftfeder erzeugt werden, hin und her. Der Federanteil
der Luftladungen erhöht
sich, da der Druck der Luftladung sich mit der Kolbenverschiebung
erhöht.
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Die
Aktuator-Kraft ist eine periodische Kraft, die vorzugsweise eine
Frequenz hat, welche die Gleiche oder nahezu die Gleiche ist, wie
die veränderliche
Eigenfrequenz des Systems, welche die Masse der Kolben, andere Massen,
die sich mit den Kolben hin- und herbewegen, und die variable Luftfeder,
die kompressibele-expansible Luftladung in dem Verbrennungsraum
beinhaltet. Wenn die Kolbenverschiebung eine ausreichende Größe erreicht,
wird dem Zylinder bevorzugt durch Einspritzung Kraftstoff zugeführt. Von
dem Aktuator werden das Vergrößern der
Kolbenverschiebung und das Erhöhen
des Drucks des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Zylinder fortgesetzt,
bis eine unterstützende
periodische Verbrennung dieses Gemisches einsetzt. Anstelle den
Motor sofort mit Last zu beaufschlagen, nachdem eine Verbrennung
in dem ersten Zylinder eintritt, erfolgt bevorzugt ein Zeitabschnitt
der Verzögerung, bevor
der Motor auf Volllast gebracht wird. Die von dem Aktuator erzeugte
Kraft kann fortbestehen, um auf den Kolben aufgebracht oder von
den Kolben entfernt zu werden, solange die Verbrennung in dem ersten
Zylinder andauert. Während
der Verzögerungsdauer
wird Kraftstoff periodisch dem zweiten Zylinder zugeführt, während der
Kolben sich im zweiten Zylinder hin- und herbewegt. Nachdem eine
anhaltend periodische Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
in dem zweiten Zylinder auftritt, kann der Motor auf Volllast gebracht
werden.
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Verschiedene
Ziele und Vorteile der Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann
bei der folgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform deutlich, wenn sie
angesichts der beigefügten
Zeichnungen gelesen werden.
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1 und 2 zeigen
Querschnittsansichten entlang einer Längsebene durch einen Freikolbenmotor,
welche die Position der Kolbenpaare und Verbrennungszylinder an
entgegengesetzten Enden ihrer Verschiebung schematisch darstellen;
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3 zeigt
ein Schaltbild eines Strömungssteuersystems,
das einen Regler zum Betreiben der Strömungs-Pumpmotoren aufweist,
die mit den Hubkolbenpaaren zum Anlassen des Motors verbunden sind;
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4A und 4B zeigen
einen Querschnitt entlang einer Längsebene eines Motors und einer
hydraulischen Motorpump-Anordnung;
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5 zeigt
eine isometrische Ansicht eines Abschnitts der Außenfläche des
Motors von 1; und
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6 zeigt
ein partiell querverlaufendes Schnittbild des Motors aus 1 im
Bereich einer Zündkerze
oder eines Glühstifts.
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Beginnend
mit 1 und 2 weist ein Freikolbenmotor 10 einen
ersten Zylinder 12 und einen mit dem ersten Zylinder axial
fluchtenden zweiten Zylinder 14 auf, wobei die Zylinder
in Zylinderlaufbuchsen 16, 17 angeordnet sind,
die von einem Motorblock umgeben sind. Ein erstes Kolbenpaar, die
inneren Kolben 18, 20, sind miteinander mittels
einer Schubstange 22 gekuppelt. Ein erster Kolben 18 des ersten
Kolbenpaares bewegt sich innerhalb des ersten Zylinders 12 hin
und her und der zweite Kolben 20 des ersten Kolbenpaares
bewegt sich innerhalb des zweiten Zylinders 14 hin und
her. Ein zweites Kolbenpaar, die äußeren Kolben 24, 26,
sind miteinander mittels Zugstangen 28, 30 gekuppelt,
und gegenseitig an den axialen Enden der Kolben 24, 26 mittels
Brücken 32, 34 gesichert.
Ein erster Kolben des zweiten oder äußeren Kolbenpaares bewegt sich innerhalb
des ersten Zylinders 12 hin und her und ein zweiter Kolben 26 des äußeren Kolbenpaares
bewegt sich innerhalb des zweiten Zylinders 14 hin und her.
Jeder Zylinder 12, 14 ist mit Luft-Ansaugkanälen 36, 37 und
Auslasskanälen 38, 39 versehen.
In 1 werden die Kanäle 37, 39 (s. 2)
des Zylinders 12 von dem Kolben 18, 24 geschlossen,
die nahe ihrer oberen Totpunktlage (TDC) angeordnet sind, und die Kanäle 36, 38 des
Zylinders 14 sind von dem Kolben 18, 24 freigegeben,
die nahe ihrer unteren Totpunktlage (BDC) angeordnet sind. In 2 werden
die Kanäle 36, 38 des
Zylinders 14 von dem Kolben 20, 26 geschlossen,
die nahe ihrer oberen Totpunktlage angeordnet sind, und die Kanäle 37, 39 des
Zylinders 12 sind durch Kolben 18, 24 freigegeben,
die nahe ihrer unteren Totpunktlage angeordnet sind. Wenn sich die
Kolben des einen der beiden Zylinder in der oberen Totpunktlage
befinden, sind die Kolben des anderen Zylinders in oder nahe ihrer
unteren Totpunktlage. An jedem Zylinder ist ein Kraftstoff-Kanal 40 ausgebildet,
durch den während
des Kompressionshubs Kraftstoff in den Zylinder, bevorzugt durch
Einspritzung, zugeführt
wird.
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Die
Verschiebungen der Kolbenpaare zwischen ihrer jeweiligen oberen
Totpunktlage und unteren Totpunktlage, deren Hub-Endpunkte in 1 und 2 gezeigt
sind, sind so aufeinander abgestimmt, dass ein Kraftstoff-Luft-Gemisch,
das in dem Zwischenraum zwischen den Kolben 18, 24 im
Zylinder 12 und dem Raum zwischen Kolben 20, 26 im
Zylinder 14 platziert ist, komprimiert wird. Eine Verbrennung
von diesen Gemischen erfolgt innerhalb der Zylinder, bevorzugt sobald
die Kolben sich leicht vorbei an der oberen Totpunktlage in Richtung
zu der unteren Totpunktlage bewegt haben. Diese synchronisierte
Hin- und Herbewegung der Kolbenpaare wird als „entgegengesetzte Kolben – entgegengesetzte
Zylinder" (OPOC)-Pendelbewegung bezeichnet.
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Die
synchronisierte koordinierte Bewegung der Kolben wird von einer
hydraulischen Schaltung gesteuert, die Fluid-Flüssigkeit-Motorpumpen
aufweist, um Ventile und Anschlüsse
zu kontrollieren, die in einem hydraulischen oder pneumatischen Block 43 enthalten
sind, der axial zwischen den Zylinderlaufbuchsen 16, 17 angeordnet
ist. Wie weiter aus 3 ersichtlich, weist der Regelkreis
einen Niederdruckspeicher 41, einen Hochdruckspeicher 42,
eine Motorpumpe 44, die steuerbar mit der Schubstange 22 verbunden
ist, eine Motorpumpe 46, die steuerbar mit der Zugstange 28 verbunden
ist, und eine Motorpumpe 48 auf, die steuerbar mit der
Zugstange 30 verbunden ist. An der Schubstange 22 ist
ein Kolben 50 ausgebildet, der in einem Zylinder 51 angeordnet, der
in einem Block 43 ausgebildet ist. Die Pendelbewegung der
Motorkolben 18, 20 veranlasst Kolben 50 der
Motorpumpe 44 zum Hin- und Herbewegen. An den Zugstangen 28, 30 ist
jeweils ein Kolben 52, 54 ausgebildet, die in
Zylindern 55, 57 angeordnet sind, die entsprechend
im Block 43 ausgebildet sind. Die Pendelbewegung der Motorkolben 24, 26 veranlasst die
Kolben 52, 54 der Motorpumpen 46, 48 zum
Hin- und Herbewegen.
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Der
Aktuator verbindet den Hochdruckspeicher 42 abwechselnd
mit Aktuator-Motoren 44, 46, 48, um die
Kolbenpaare 18–20, 24–26 in
ihren jeweiligen Zylindern 12, 14 gegen den Druck
zu verschieben, der in den Zylindern während des Kompressionshubs
erzeugt wird. Vorzugsweise bringen die Aktuator-Motoren 44, 46, 48 Kraft
an die Kolben auf, sobald die Kolben an oder nahe der unteren Totpunktlage
sind, und die Motoren entfernen die Betätigungskraft bevor der Kolben
die obere Totpunktlage erreicht. Der in jedem Zylinder während seines
Kompressionshubs erzeugte Druck treibt die Kolben während des
Expansionshubs von der oberen Totpunktlage weg. Die Vergrößerung der
Kolbenverschiebung wird für
jeden Kolbenverschiebetakt durch stufenweise Erhöhung des Druckbetrags erreicht,
der von den Aktuator-Motoren während
jedes Verschiebetakts aufgebracht wird, oder durch Erhöhung der
Periodendauer, wenn Druck auf den Aktuator aufgebracht wird, oder
durch eine Kombination dieser Vorgänge.
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Wenn
der Motor 10 läuft,
wird durch die aufeinander abgestimmte Bewegung der Motorkolben Flüssigkeit
aus dem Niederdruckspeicher 41 zu den Motorpumpen 44, 46, 48 gezogen, von
denen eine hydraulische oder pneumatische Flüssigkeitsströmungsleistung
erzeugt wird, die in den Hochdruckspeicher 42 gespeist
wird. Die Motorpumpen 44, 46, 48 arbeiten
als Motoren, die von dem unter Druck stehenden Fluid angetrieben
werden, um den Motor zu starten, und arbeiten als Pumpen, um das
Fluid in einen Hochdruckspeicher für ein dortiges zeitweiliges Speichern
zu liefern oder um das Fluid direkt in Flüssigkeitsmotoren zu liefern,
die an den Fahrzeugreifen angeordnet sind, welche die Reifen in
Rotation entgegen einer Last antreiben.
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Eine
elektronische Steuerung 56 erzeugt ein in eine Hubmagnetspule
oder in ein Relais gesendetes Betätigungssignal, welches, als
Antwort auf das Betätigungssignal
den Zustand eines Steuerventils 58 ändert. Wenn beispielsweise
das hydraulische System wie ein Motor arbeitet, um die Motorkolben vorbereitend
für das
Starten des Motors zu bewegen, wird von der Steuerung 56 das
Ventil 58 in einen ersten Zustand 60 gewechselt,
in dem der Hochdruckspeicher 42 durch Ventil 58 mit
der linken Seite von Zylinder 51 der Motorpumpe 44 durch
Leitung 64 hindurch verbunden ist. Mit Ventil 58 in
Zustand 60 ist die linke Seite der Zylinder 55, 57 der
Motorpumpen 46, 48 durch die Leitungen 68, 70 und
das Ventil 58 hindurch mit dem Niederdruckspeicher 41 verbunden.
Diese Vorgänge
bewirken, dass sich Kolben 50 nach rechts bewegt, um Fluid
von der Motorpumpe 44 durch die Leitung 72 mit
der rechten Seite des Zylinders 57 und durch Leitung 74 mit
der rechten Seite des Zylinders 55 zu treiben. Auf diese
Art wird im ersten Zustand 60 des Ventils 58 das
Fluid-Steuerungs-System veranlasst, die inneren Motorkolben 18, 20 nach
rechts, und die äußeren Motorkolben 24, 26 nach
links in die in 2 gezeigte Position zu bewegen.
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Wenn
von dem Regler das 56 Ventil 58 in den zweiten
Zustand 76 umschaltet, wird der Hochdruckspeicher 42 durch
die Leitung 68 hindurch mit der linken Seite des Kolbens 57,
und durch die Leitung 70 hindurch mit der linken Seite
des Kolbens 55 der Motorpumpe 46 verbunden. Hierdurch
werden die Motorkolben 24, 26 nach rechts getrieben.
Wenn das Ventil 58 in dem zweiten Zustand ist, wird der Niederdruckspeicher 41 durch
das Ventil 58 und die Leitung 64 hindurch mit
der linken Seite des Zylinders 51 der Motorpumpe 44 verbunden.
Da die Kolben 52, 54 sich nach rechts bewegen,
wird Fluid aus den Zylindern 55, 57 durch die
Leitungen 74, 72 entsprechend zur rechten Seite
des Zylinders 51 gefördert. Hierdurch
werden die Kolben 50, die Schubstange 22 und die
Motorkolben 18, 20 veranlasst, sich nach links
zu bewegen.
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Wenn
der Motor 10 gestartet wird und bevor Kraftstoff eingespritzt
wird, werden die Kolben 18, 20 nach links bewegt
und gleichzeitig werden die Kolben 24, 26 mittels
des Aktuator-Systems nach rechts in die in 1 gezeigte
Position bewegt, wie mit Bezug auf 3 beschrieben.
Diese Kolbenverschiebung ist ausreichend, um den Kolben das Öffnen der
Ansaugkanäle 36 in
dem Zylinder 14 zu ermöglichen, die
dadurch gewährleisten,
dass Zylinder 14 mit einer pneumatischen Ladung, vorzugsweise
einer Luftladung, gefüllt
wird. Als nächstes
werden die Kolben 18, 20 nach rechts bewegt und
gleichzeitig werden die Kolben 24, 26 mittels
des Aktuator-Systems nach links in die in 2 gezeigte
Position bewegt. Diese Verschiebung ist ausreichend, um den Kolben
das Öffnen
der Ansaugkanäle 37 in
dem Zylinder 12 zu ermöglichen,
die dadurch gewährleisten,
dass der Zylinder 12 mit einer pneumatischen Ladung, vorzugsweise
einer Luftladung, gefüllt
wird.
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Nachdem
eine Luftladung jedem Zylinder zugeführt ist, bewegt der Aktuator
die Kolben hin und her, von denen Kompressionshübe und Expansionshübe erzeugt
werden, die zunehmende Kolbenverschiebung oder zunehmenden Kolbenhub,
ansteigende Kolbengeschwindigkeit, zunehmenden Spitzendruck in dem
Verbrennungsraum und zunehmendes Verdichtungsverhältnis der
Luftladung haben, ohne aber der Kolbenverschiebung das Öffnen der Einlasskanäle 36, 37 zu
erlauben. Periodische Kompression und Expansion der Luftladung in
den Zylindern 12, 14 sind analog zu dem Effekt
einer in jedem Zylinder angeordneten Druckfeder. Kompression der pneumatischen
Ladung in einem Zylinder stellt sich der Beschleunigung der Kolbenmasse
in Richtung zu der oberen Totpunktlage in diesem Zylinder entgegen.
Expansion der pneumatischen Ladung in einem Zylinder hilft bei der
Beschleunigung der Kolbenmassen in Richtung zu der unteren Totpunktlage
in diesem Zylinder. Wenn die Ladung in einem Zylinder verdichtet
worden ist, wird die Ladung in dem anderen Zylinder expandiert.
Folglich werden kontinuierlich Druckkräfte entwickelt, die den Kolben
in jedem Zylinder helfen sich wechselweise in Richtung zu der oberen
Totpunktlage und der unteren Totpunktlage in der richtigen Phasenbeziehung
zu bewegen.
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Für einen
Neustart eines heißen
oder warmen Motors wird angenommen, dass nur ein oder zwei Takte
aus Kompressionshüben
oder Expansionshüben
benötigt
werden, nachdem die Luftladung zu den Zylindern zugeführt wird
und bevor nachfolgende Motoranlass-Schritte ausgeführt werden.
Für einen
Kaltstart eines Motors wird angenommen, dass ungefähr zehn
solcher Takte benötigt
werden, nachdem die Luftladung zugeführt wird und bevor zusätzliche
Motoranlass-Schritte
ausgeführt
werden.
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Ferner
wird ein Kraftstoffvolumen jeder Luftladung während einer ersten Reihe von
Takten beigefügt,
solange das Anlassen des Motor mit Funkenzündung verursacht wird.
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Drosselklappen 128 werden
verwendet, um einen Luft-Durchfluss in den Zylinder durch die Einlasskanäle 36, 37 während einer
ersten Reihe von Anlasstakten festzulegen. Kraftstoff wird dem Zylinder
durch Kraftstoffkanäle 40 zugeführt, so
dass ein stöchiometrisches
Gemisch aus Kraftstoff und Luft oder ein Gemisch, das näherungsweise
stöchiometrisch
ist, in den Zylindern vorhanden ist. Entweder Zündkerze 104 oder Glühstift 106 erzeugen
eine Zündung.
Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Zylindern 12, 14 erfolgt
bei der korrekten Phasenbeziehung zu dem Spitzendruck. Nachdem der
Motor unter Funkenzündung
zu laufen begonnen hat, hört
der Aktuator auf, die Kolben anzutreiben, und der Motor funktioniert
unabhängig
vom Starter-Aktuator. Von der Motor-Steuerung werden die Einspritzdüsen 100, 102 veranlasst,
Kraftstoff in einer angemessenen Kraftstoffmenge durch Kraftstoff-Kanäle 40 in
den zwischen den Kolben in jedem Zylinder 12, 14 angeordneten
Verbrennungsraum wiederholend einzuspritzen.
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Der
Spitzendruck in jedem Zylinder wird von Drucksensoren 96, 98 überwacht.
Der Regler 56 bestimmt, ob der Spitzendruck während der
Funkenzündung
auftritt, wenn die Kolben in der oberen Totpunktlage in dem Verbrennungszylinder,
oder innerhalb einer vorbestimmten Dauer oder eines Abstands hinter
der oberen Totpunktlage sind. Die Dauer ist vorzugsweise etwa 0.25
ms hinter der oberen Totpunktlage, oder einer Verzögerung vergleichbar
mit 2° hinter
der oberen Totpunktlage für
einen Zwei-Takt, Kurbelwellen-Verbrennungsmotor,
der mit einem vergleichbaren Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin,
versorgt wird. Der Regler 56 gleicht den Funkenzündungstakt
ab, bis der Spitzendruck in einem zulässigen Phasenbereich erfolgt.
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Wenn
Zündung
zu einer zulässigen
Phasenbeziehung zu dem Spitzendruck erfolgt, beginnt eine zweite
Reihe von Motoranlasstakten. Bei diesen Motortakten wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in
den Zylindern reduziert, indem die Drosselklappen 128 zur
Erhöhung
des Luftdurchflusses verwendet werden, oder indem beides, die Drosselklappen
und Einspritzdüsen,
verwendet werden, um den Luftdurchfluss zu erhöhen und den Kraftstoffdurchfluss
zu verringern. Das Funkenzündungssystem
wird von dem Motorregler 56 abgeschaltet. Danach arbeitet
der Motor bevorzugt mit einer gleichmäßigen Kraftstoff-Luft-Ladung
und die Verbrennung erfolgt durch Kompressionszündung. Nachdem der Motor gestartet
ist und unter Programmsteuerung weiterläuft, kann eine externe Belastung
an den Motor angesetzt werden.
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Ein
Motorregler veranlasst eine Einspritzdüse 100 dazu, eine
entsprechende Menge Kraftstoff in einen Zylinder 12 zwischen
Kolben 18, 25 durch den Kraftstoffkanal 40 einzuspritzen.
Nachdem der Motor gestartet ist, läuft er unter einer Programmsteuerung mit
Kraftstoffeinspritzung, die durch eine Motorsteuerung aktiv geregelt
wird, weiter.
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Die
Aktuatorkraft ist eine periodische Kraft, die bevorzugt eine Frequenz
hat, die die gleiche oder nahezu die gleiche ist wie die veränderliche
Eigenfrequenz des sich hin- und
herbewegenden Systems, das die Kolbenmasse, andere Massen, die mit
den Kolben verbunden sind und sich mit den Kolben hin- und herbewegen,
und die veränderliche
Luftfeder, die komprimierbare-expandierbare Luftladung in dem Verbrennungsraum,
enthält.
Wenn die Kolbenverschiebung eine ausreichende Größe erreicht, wird Kraftstoff
dem Zylinder vorzugsweise durch Einspritzung zugeführt. Der
Aktuator setzt die Erhöhung
der Kolbenverschiebung und des Drucks des Kraftstoff-Luft-Gemisches
in dem Zylinder fort, bis eine anhaltende periodische Verbrennung
des Gemisches eintritt. Anstatt den Motor, nachdem die Verbrennung in
dem ersten Zylinder einsetzt, sofort mit Last zu beaufschlagen,
erfolgt ein Verzögerungsabschnitt
bevor der Motor mit voller Last beaufschlagt wird. Die mittels des
Aktuators erzeugten Kräfte
können
an den Kolben aufgebracht oder von den Kolben abgebaut werden, solange
die Verbrennung in dem ersten Zylinder anhält und bevor fortwährende Verbrennung in
dem zweiten Zylinder einsetzt. Zu dem Verzögerungsabschnitt wird Kraftstoff
periodisch einem zweiten Zylinder zugeführt, während sich die Kolben in dem
zweiten Zylinder hin- und herbewegen, Nachdem eine anhaltende periodische
Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
in dem zweiten Zylinder einsetzt, kann der Motor mit voller Last
beaufschlagt werden. Nachdem der Motor gestartet ist, läuft er unter
einer Programmsteuerung mit Kraftstoffeinspritzung, die von einer
Motorsteuerung aktiv geregelt wird, weiter.