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Die
Erfindung betrifft das Anlassen eines Verbrennungsmotors. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anlassen eines Freikolben-Verbrennungsmotors
des Einkolbentyps.
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Ein
Freikolben-Verbrennungsmotor weist ein oder mehrere sich hin- und
herbewegende Kolben auf, die in einem Verbrennungszylinder angeordnet sind.
Die Kolben sind allerdings nicht durch eine Kurbelwelle miteinander
verbunden. Stattdessen bewegt sich jeder Kolben in Erwiderung zu
Kräften,
die durch Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in einem Verbrennungszylinders
erzeugt werden. Der in einem Zylinder durch Verbrennung erzeugte
Druck kann verwendet werden, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem
anderen Zylinder zu verdichten. Oder aber ein Aktuator-System kann
verwendet werden, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das dem Expansionshub folgt,
zu verdichten. Das Aktuator-System kann ferner zum Hin- und Herbewegen
des Kolbens während des
Startens verwendet werden, bevor die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches
in einem Zylinder erfolgt.
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Da
ein Freikolbenmotor keine Welle hat, die die Kolben zum Koordinieren
ihrer Hin- und Herbewegung in den Zylindern verbindet, und die die
Kolben mit der Last verbindet, wird die Bewegung der Kolben von
einem Steuer-System geregelt, das die Kolbenverschiebung, die Kompression
des Kraftstoff-Luft-Gemischs
und dessen Verbrennung synchronisiert. Die Kolben-Hin-und-Her-Bewegung
und die Kolbengeschwindigkeit werden von einem Aktuator-System überwacht
und gesteuert, das Abweichungen von gewünschter koordinierter Kolbenbewegung
periodisch nachregelt.
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Während des
Startens eines Freikolbenmotors werden die Kolben mittels eines
Starter-Aktuator-Systems verdrängt,
das vorzugsweise einen hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen
Antrieb verwendet. Vorzugsweise wird elektrische Energie zum Antrieb
der Kolben verwendet, sobald der Motor gestartet wird, der hydraulische
oder pneumatische Leistung erzeugt. Während der Motor gestartet wird,
hat die Ansaugluft eine niedrige Temperatur, wobei aber ein großes Verdichtungsverhältnis der Kraftstoff-Luft-Ladung
in dem Verbrennungszylinder benötigt
wird, um eine Verbrennung auszulösen.
Daher wird bei Verwendung konventioneller Motorstarttechniken ein
großer
Energiebetrag benötigt,
um das für
den Start des Motors benötigte
Verdichtungsverhältnis,
hauptsächlich
bei Kaltstartbedingungen, 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 Motorkolben vollständig
von einem Aktuator angetrieben werden, wird ein großer Energiebetrag
benötigt,
um das Gemisch von Kraftstoff und Luft in dem Verbrennungsraum zu
komprimieren, insbesondere in einem Motor mit Kompressionszündung, der
ein hohes Verdichtungsverhältnis
für Selbstzündung benötigt. Ein
Verfahren wird zum Starten des Motors benötigt, das den Bedarf einer großen kapazitiven
Energiequelle vermeidet.
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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 weist axial fluchtende Zylinder, ein inneres Paar
miteinander gekuppelter Kolben und ein äußeres Paar miteinander gekuppelter
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 Einlassöffnungen,
durch die Luft in den Zylinder eintritt, Auslassöffnungen, durch die Abgas den
Zylinder verlässt,
und einer Kraftstofföffnung,
durch die, üblicherweise
mittels 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 bewegt. Wenn die Verbrennung in dem einen Zylinder erfolgt,
kehrt sich die Bewegungsrichtung jedes Kolbenpaares um, bis die
Verbrennung in dem anderen Zylinder erfolgt.
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Wenn
ein Motor abgestellt wird, kann sich der Kolben an beliebiger Position
in dem 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 üblicherweise
die Eintrittsluft durch einen Turbolader, der von dem Motorabgas angetrieben
wird, oder durch einen Verdichtungsmechanismus, der durch einen
Kolben direkt angetrieben wird, unter Druck gesetzt. Wenn der Motor
mit einem Kolben im Kompressionshub abgestellt wird, treten während der
Abstelldauer aufgrund des Drucks in dem Zylinder Verluste der Luftladung
des Zylinders durch die Einlass- und Auslassöffnungen und quer über die
Kolbenringe hin auf. Durch diese Ausströmung kann ein partielles Vakuum
in dem Zylinder erzeugt werden, wenn der Kolben mit der Expansionshubbewegung
beginnt.
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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 (oder
mit einem stufenweise zunehmenden Verdichtungsverhältnis) hin-
und herbewegt, um einen hinreichenden Betrag von kinetischer Energie
in den Kolben zu entwickeln, um eine Verbrennung der Kraftstoff-Luft-Ladung zu bewirken. Energie,
die an den Kolben in jedem Zylinder von einem Starter-Aktuator aufgebracht
wird, und Energie, die durch die Expansion der verdichteten Luftladung in
dem anderen Zylinder 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. Während des
Prozesses wird ein Teil der Kompressionsenergie auf die verdichtete
Luft übertragen
und die Energie wird Takt für
Takt erhöht.
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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, bei der die Einlassöffnungen
geöffnet
sind. Dies gewährleistet,
dass Luft in einem Raum innerhalb eines Zylinders vorhanden ist,
zu dem Kraftstoff geführt
wird und in dem eine Verbrennung erfolgen wird. 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 Kraft auf den Kolben während eines Expansionshubs
aufzubringen. Die Kolben bewegen sich in Erwiderung auf die Aufbringung
der Aktuator-Kraft, die entgegen der Luftladung oder der Luftfeder
wirkt. Die Aktuator-Kraft ist eine periodische Kraft, die bevorzugt
eine Frequenz hat, welche die Gleiche oder nahezu die Gleiche ist,
wie die Eigenfrequenz des Systems, das die Trägheit der Kolben und andere
Massen, die sich mit den Kolben hin- und herbewegen, und die variable
Feder, die durch die kompressible Luftfeder in dem Verbrennungsraum
dargestellt ist, beinhaltet. Wenn die Kolbenverschiebung (oder das
Kompressionsverhältnis)
einen ausreichenden Betrag erreicht, wird der Luftladung Kraftstoff
zugeführt,
und zwar bevorzugt durch Einspritzung. Von dem Aktuator werden Vergrößerungen
der Kolbenverschiebung und Erhöhungen
des Kompressionsdrucks des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Zylinder fortgesetzt,
bis eine Verbrennung dieses Gemisches in dem ersten Zylinder einsetzt.
Kraftstoff wird dann einem zweiten Zylinder zugeführt, solange eine
periodische Verschiebung der Kolben andauert und eine Verbrennung
des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem zweiten Zylinder erfolgt.
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Verschiedene
Ziele und Vorteile der Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann
bei der folgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform deutlich werden,
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 Fluidsteuersystems, das einen Regler zum Betreiben
der Fluid-Pumpmotoren aufweist, die mit den Hubkolbenpaaren zum
Anlassen des Motors verbunden sind;
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4 zeigt
einen Querschnitt eines Freikolbenmotors, der einen einzelnen Kolben,
der sich in jedem Zylinder hin- und
herbewegt, und einen Aktuator zum Anlassen des Motors hat; und
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5 zeigt
ein Diagramm, das die Variation des Zylinderdrucks und der Kolbenverschiebung über der
Zeit unter Verwendung eines Verfahrens zum Anlassen des Motors darstellt.
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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.
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-Einlassöffnungen 36, 37 und
Auslassöffnungen 38, 39 versehen.
In 1 werden die Öffnungen 37, 39 des
Zylinders 12 von den Kolben 18, 24 geschlossen,
die nahe ihrer oberen Totpunktlage (TDC) angeordnet sind, und die Öffnungen 36, 38 des
Zylinders 14 sind von den Kolben 18, 24 freigegeben,
die nahe ihrer unteren Totpunktlage (BDC) angeordnet sind. In 2 werden
die Öffnungen 36, 38 des
Zylinders 14 durch die Kolben 20, 26 geschlossen,
die nahe ihrer oberen Totpunktlage angeordnet sind, und die Öffnungen 37, 39 des
Zylinders 12 sind durch die 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 eine Kraftstoff-Öffnung 40 ausgebildet,
durch die dem Zylinder während
des Kompressionshubs Kraftstoff, bevorzugt durch Einspritzung, zugeführt wird.
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Die
Verschiebung 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 den Kolben 20, 26 im
Zylinder 14 platziert ist, komprimiert wird, so dass eine
Verbrennung von diesen Gemischen innerhalb der Zylinder erfolgt,
bevorzugt sobald die Kolben sich leicht vorbei an der oberen Totpunktlage
TDC in Richtung zu der unteren Totpunktlage BDC bewegt haben. Diese
synchronisierte Hin- und Herbewegung der Kolbenpaare wird als „entgegengesetzte
Kolben – entgegengesetzte
Zylinder" (OPOC)-Hin-und-Her-Bewegung
bezeichnet.
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Die
synchronisierte koordinierte Bewegung der Kolben wird von einer
hydraulischen Schaltung gesteuert, die Flüssigkeits-Motorpumpen aufweist, um
Ventile und Anschlüsse
zu steuern, 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 antreibend mit der Schubstange 22 verbunden
ist, eine Motorpumpe 46, die antreibend mit der Zugstange 28 verbunden
ist, und eine Motorpumpe 48 auf, die antreibend mit der
Zugstange 30 verbunden ist. An der Schubstange 22 ist
ein Kolben 50 ausgebildet, der in einem Zylinder 51 angeordnet
ist, der in einem Block 43 ausgebildet ist. Die Hin- und
Herbewegung der Motorkolben 18, 20 veranlasst
Kolben 50 der Motorpumpe 44 zum Hin- und Herbewegen. An
den Zugstangen 28, 30 sind jeweils Kolben 52, 54 ausgebildet,
die in Zylindern 55, 57 angeordnet sind, die vorzugsweise
in einem Block 43 ausgebildet sind. Die Hin- und Herbewegung
der Motorkolben 24, 26 veranlasst Kolben 52, 54 der
Motorpumpen 46, 48 zum Hin- und Herbewegen.
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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 an Flüssigkeitsmotoren zu liefern,
die an den Fahrzeugreifen angeordnet sind, welche die Reifen in
Rotation entgegen einer Last antreiben.
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Eine
elektronische Steuervorrichtung 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 oder solange der Motor gestartet
wird, wird von der Steuervorrichtung 56 das Ventil 58 zwischen einem ersten
Zustand 60 gewechselt, in dem der Hochdruckspeicher 42 durch
das Ventil 58 mit der linken Seite von dem Zylinder 51 der
Motorpumpe 44 durch die Leitung 64 verbunden ist.
Mit dem Ventil 58 in dem Zustand 60 ist die linke
Seite der Zylinder 55, 57 der Motorpumpen 46, 48 durch
die Leitungen 68, 70 und das Ventil 58 mit
dem Niederdruckspeicher 41 verbunden. Diese Vorgänge bewirken,
das sich der 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
veranlasst der erste Zustand 60 des Ventils 58 das
Fluid-Steuerungs-System,
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 56 das 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 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 76 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 der
Kolben 50, die Schubstange 22 und die Motorkolben 18, 20 veranlasst
sich nach links zu bewegen.
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Um
den Motor 10 zu starten, bevor Kraftstoff eingespritzt
wird, werden die Kolben 18, 20 nach links bewegt
und die Kolben 24, 26 werden mittels des Aktuator-Systems
nach rechts in die in 1 gezeigte Position bewegt,
wie mit Bezug zu 3 beschrieben. Dies veranlasst
die Kolben dazu, die Einlassöffnungen 36 in
dem Zylinder 14 zu öffnen,
wodurch sichergestellt ist, dass der Zylinder 14 mit einer pneumatischen
Ladung gefüllt
ist. Als nächstes
werden die Kolben 18, 20 nach rechts und die Kolben 24, 26 mittels
des Aktuator-Systems nach links in die in 2 gezeigte
Position bewegt. Dies veranlasst die Kolben, die Einlassöffnungen 37 im
Zylinder 12 zu öffnen,
wodurch sichergestellt ist, dass der Zylinder 12 mit einer
pneumatischen Ladung gefüllt
ist.
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Nachdem
die Kolben mit einer pneumatischen Ladung gefüllt sind, bewegt das Aktuator-System
die Kolben mit ständig
zunehmender Verschiebung oder Länge
des Hubs in jedem Takt hin und her. Der Aktuator verbindet den Hochdruckspeicher 42 abwechselnd
mit den Aktuator-Motoren 44, 46, 48, um
die Kolbenpaare 18–20, 24–26 in
ihren jeweiligen Zylindern 12, 14 zu verdrängen. Vorzugsweise
bringen die Aktuator-Motoren 44, 46, 48 Kraft
auf die Kolben auf, sobald die Kolben an oder nahe der unteren Totpunktlage
sind, und die Motoren entfernen die Aktuatorkraft, 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 Erhöhung der
Kolbenverschiebung wird für
jeden Kolbenverschiebungstakt durch stufenweise Erhöhung des
Druckbetrags erreicht, der durch die Aktuator-Motoren während jedes
Verschiebungstakts aufgebracht wird, oder durch Erhöhung der
Periodendauer, wenn Druck zu dem Aktuator aufgebracht wird, oder
durch eine Kombination dieser Vorgänge.
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Die
periodische Kompression und Expansion der pneumatischen Ladung in
den Zylindern 12, 14 ist analog zu dem Effekt
einer in jedem Zylinder angeordneten Druckfeder. Die Kompression
der pneumatischen Ladung in einem Zylinder stellt sich der Beschleunigung
der Kolbenmassen in Richtung zu der oberen Totpunktlage in diesem
Zylinder entgegen; Die 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 unteren Totpunktlage in der richtigen
Phasenbeziehung zu bewegen.
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Die
Kolben 18, 24 bewegen sich aufgrund der im Zylinder 14 stattfindenden
Verbrennung rasch im Zylinder 12. Eine Motorsteuervorrichtung
löst eine Einspritzdüse aus,
um eine angemessene Menge an Kraftstoff in den Zylinder 12 zwischen
die Kolben 18, 24 durch die Kraftstofföffnung 40 einzuspritzen,
um dadurch den Motor zu starten. Nachdem der Motor startet, läuft er unter
einer programmierten Steuerung mit Kraftstoffeinspritzung, die aktiv
durch die Motorsteuerung geregelt wird, weiter.
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4 zeigt
einen Freikolbenmotor 90, der ein Gehäuse 92, einen Kolben 94,
der sich in einem Verbrennungszylinder 96 hin- und herbewegt,
einen Kompressionszylinder 98 und eine Last 100,
die durch einen Schaft 102 an dem Kolben befestigt ist, aufweist.
Luft dringt durch die Luft-Einlassöffnungen 112 in den
Zylinder ein und das Abgas verlässt
durch Abgasöffnungen 104 den
Zylinder. Luft wird durch die Ansaugöffnungen 112 in den
Verbrennungszylinder 96 befördert, wenn sich der Kolben 90 seiner
unteren Totpunktlage nähert.
Da sich der Kolben 90 in Richtung zu seiner oberen Totpunktlage
bewegt, wird Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 96 durch
eine Tätigkeit
der Einspritzdüse
unter Kontrolle von einem Kraftstoff-Steuerungs-System 110 eingespritzt.
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Der
Kolben 94 wird für
eine wechselseitige lineare Verschiebung in dem Verbrennungszylinder 96 unterstützt. Ein
Motor-Anlass-System für
die Betätigung
der Kolben weist einen Aktuator-Kolbenkopf 108 auf, der
an dem Schaft 102 angebracht ist, der im Zylinder 98 für eine Bewegung
zusammen mit dem Kolben 94 angeordnet ist. Fluid-Öffnungen 114 und 116 befördern unter
Druck stehendes Fluid in den Zylinder 98 von gegenüberliegenden
Seiten des Kolbenkopfes 108 hinein. Eine Druckkraft, die
durch das unter Druck stehende Fluid im Zylinder 98 entwickelt wird,
bewirkt, dass der Kolbenkopf 108 und der Kolben 94 sich
in Richtung zu der oberen Totpunktlage während des Kompressionshubs
bewegen. Das unter Druck stehende Fluid, das in den Zylinder 98 durch
die Fluid-Öffnung 116 hindurch
eintritt, bewirkt, dass der Kolbenboden 108 und der Kolben 94 sich
in Richtung zu der unteren Totpunktlage bewegen, wenn der Motor
gestartet wird oder falls der Motor fehlzündet.
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Zum
Anlassen des Motors 90 nachdem ein Zündschalter eingeschaltet und
bevor Kraftstoff eingespritzt wird, wird der Kolben 94 mittels
des Aktuator-Systems in Richtung zu der unteren Totpunktlage bewegt,
um die Einlassöffnungen 102 genügend zu öffnen, um
zu gewährleisten,
dass der Zylinder 96 mit einer pneumatischen Ladung gefüllt wird.
Dann veranlasst das Aktuator-System den Kolben 94 zum Hin- und
Herbewegen in dem Zylinder 96 mit ständig steigender Verschiebungsamplitude
in jedem Verschiebungstakt. Die Steigerung der Kolbenverschiebung wird
durch das fortschreitende Erhöhen
des Drucks, der am Kolbenkopf 108 während jedes Verschiebetaktes
aufgebracht wird, oder durch das Erhöhen der Periodenlänge, wenn
der Druck am Kolbenkopf 108 aufgebracht wird, oder durch
das wechselseitiges Aufbringen des Drucks an beiden Seiten des Kolbenkopf 108,
oder durch eine Kombination dieser Abläufe bewältigt. Die periodische Kompression
und Expansion der pneumatischen Ladung ist analog zum Speichern
und Freigeben von Energie in einer Druckfeder, die sich der Beschleunigung
der Kolbenmasse in Richtung zu der oberen Totpunktlage entgegenstellt
und die gespeicherte Federenergie freigibt, um die Kolbenmasse in
Richtung zu der unteren Totpunktlage zu beschleunigen. Das Aktuator-System stellt
eine Kraft bereit, die die Kolbenmasse in Richtung zu der oberen
Totpunktlage beschleunigt.
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Nachdem
der Kopf des Kolbens 94 eine vorgegebene Position in dem
Verbrennungszylinder während
dieses Hin- und Herbewegungs-Takt-Vorgangs erreicht, oder wenn ein
vorgegebenes Verdichtungsverhältnis
in dem Zylinder 96 erreicht wird, oder wenn Druck in dem
Kompressionszylinder 96 eine vorgegebene Größe erreicht,
wird Kraftstoff in den Zylinder 96 mit einem entsprechenden
Volumen eingespritzt, um eine Verbrennung zu bewirken und den Motor 90 zu
starten.
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5 zeigt
die Variation des Drucks 121, 122 über der
Zeit in jedem der Zylinder 12, 14, und die jeweilige
Verschiebung 126, 128 der Kolbenpaare 18–20, 24–26,
während
der Motor 10 gestartet wird. Der maximale Zylinderdruck
und die maximale Kolbenverschiebung steigen mit jedem Arbeitstakt.
Die Kolbengeschwindigkeit steigt ebenfalls mit jedem Arbeitstakt,
wie durch die stetige Abnahme der Länge der Kolbenperiode zwischen
aufeinanderfolgenden Arbeitstakte zu sehen ist. Die Zündung des
Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinder erfolgt bei 120.