DE102011056519B4 - Diesel-Benzin-Hybridmotor - Google Patents

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Abstract

Diesel-Benzin-Hybridmotor, aufweisend:eine Brennkammer (3), die einen Auslasskanal (40) aufweist, um Abgas abzuleiten, und in einem Zylinder (1) ausgebildet ist, der mit einem Zylinderkopf (7) verbunden ist, derart dass sich ein Kolben (2) in der Brennkammer (3) hin und her bewegt,einen Abgasrückführungs- (AGR)-Einlasskanal (10), der einen Tangentialkanal (11) und einen Spiralkanal (12) aufweist,ein Einlassventil (20), aufweisend ein Tangentialventil (21), das in dem Tangentialkanal (11) vorgesehen ist und dessen Öffnen und Schließen gesteuert werden, und ein Spiralventil (22), das in dem Spiralkanal (12) vorgesehen ist und dessen Öffnen und Schließen gesteuert werden, undeinen Diesel-Einspritzer (60), der in dem Zylinderkopf (7) vorgesehen ist und Dieselkraftstoff direkt in die Brennkammer (3) einspritzt, um eine Zündung zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dassein Benzin-Einspritzer (50) in einem Ansaugrohr (30) vorgesehen ist und Benzin in die Ansaugluft einspritzt,der Tangentialkanal (11) mit einer niedrigen AGR-Rate gemischtes Gas zuführt, undder Spiralkanal (12) mit einer hohen AGR-Rate gemischtes Gas zuführt.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 07. Oktober 2011 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2011-0102402 , deren gesamter Inhalt durch diesen Bezug hier aufgenommen ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Diesel-Benzin-Hybridmotor, und insbesondere einen Diesel-Benzin-Hybridmotor, der in der Lage ist, die Verbrennung in einem Niedrigdrehzahl- und Niedriglastbereich zu verbessern und ein Motorklopfen in einem Hochlastbereich zu unterdrücken, indem der Raum in einer Brennkammer in einen Hochkonzentrations-Abgasrückführungsraum (AGR) und einen Abgasrückführungsraum mit einer relativ niedrigen Konzentration geschichtet wird.
  • Im Allgemeinen verdichtet ein Dieselmotor Ansaugluft bei einer hohen Temperatur und hohem Druck mittels eines Kolbens, der einen Brennraum ausbildet, und verbrennt die verdichtete Luft durch eine Zündung von eingespritztem Kraftstoff, so dass der Kolben durch eine während der Verbrennung erzeugte Explosionskraft vertikal hin und her bewegt wird.
  • Da der oben beschriebene Dieselmotor eine Direkteinspritzungs-Verdichtungszündung realisiert, ist der Wirkungsgrad der Kraftstoffverbrennung hoch. Somit kann die Kraftstoffeffizienz verbessert werden.
  • Bei einem Benzinmotor werden Kraftstoff und Luft, die in einem konstanten Verhältnis gemischt werden, in einen Brennkammerraum eingeführt, und das Gemisch wird verdichtet. Dann erfolgt eine Zündung mittels einer Zündkerze und das verdichtete Gemisch wird verbrannt, so dass ein Kolben durch eine während der Verbrennung erzeugte Explosionskraft vertikal hin und her bewegt wird.
  • Aus diesem Grund ist der Wirkungsgrad der Kraftstoffverbrennung beim Benzinmotor im Verhältnis geringer als beim Dieselmotor, und somit ist die Kraftstoffeffizienz des Benzinmotors unvermeidbar geringer als diejenige des Dieselmotors.
  • Da in letzter Zeit der CO2-Ausstoß immer mehr und immer strenger reguliert wird und die Nachfrage nach einer hohen Kraftstoffeffizienz ansteigt, wird eine Verringerung des Schadstoffausstoßes bei Dieselmotoren immer wichtiger und ist ferner ein hohes Verdichtungsverhältnis bei Benzinmotoren immer von Bedeutung.
  • Die Verringerung des Schadstoffausstoßes bei Dieselmotoren bringt jedoch in Bezug auf die Kosten Nachteile mit sich. Wenn bei einem Benzinmotor ein hohes Verdichtungsverhältnis erzielt wird, ist dies zwar in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz von Vorteil, es kann jedoch in einem Hochlastbereich ein Motorklopfen auftreten.
  • Um gleichzeitig die Anforderungen in Bezug auf die Begrenzung des CO2-Ausstoßes sowie in Bezug auf eine hohe Kraftstoffeffizienz zu erfüllen, wurde ein Diesel-Benzin-Hybridmotor entwickelt, der die Vorteile eines Dieselmotors und eines Benzinmotors miteinander vereint.
  • Das spezifischste Merkmal eines Diesel-Benzin-Hybridmotors liegt im Verbrennungsprozess. Zum Beispiel werden Benzin und Luft während eines Ansaughubs vorgemischt und wird anstelle der Verwendung einer Zündkerze zur Steuerung der Zündung während eines Verdichtungshubs Dieselkraftstoff eingespritzt und selbstgezündet.
  • Dementsprechend kann der Diesel-Benzin-Hybridmotor als ein Benzinmotor die Kraftstoffeffizienz durch ein hohes Verdichtungsverhältnis verbessern und gleichzeitig im Vergleich zu einem Dieselmotor die Bildung von Stickoxiden (NOx) deutlich reduzieren. Da kein Dieselrußpartikelfilter verwendet wird und im Vergleich zu einem Dieselmotor ein kostengünstiges Einspritzsystem verwendet wird, ist der Diesel-Benzin-Hybridmotor in Bezug auf die Kosten vorteilhaft.
  • Der Diesel-Benzin-Hybridmotor erzielt jedoch auf der Grundlage des Benzinmotors im Wesentlichen ein relativ hohes Verdichtungsverhältnis. Aus diesem Grund treten beim Sicherstellen der Zündqualität im Niedriglastbereich Probleme auf und ist der Diesel-Benzin-Hybridmotor, wie oben beschrieben, im Hochlastbereich unvermeidbar für ein Motorklopfen anfällig.
  • Um das Motorklopfen im Hochlastbereich zu verringern, kann ein Verfahren angewendet werden, bei dem ein AGR-System, d.h. ein Abgasrückführungssystem verwendet wird, um der Brennkammer des Diesel-Benzin-Hybridmotors Abgas zuzuführen. Dieses Verfahren macht sich die Eigenschaft zunutze, dass in dem Grad, in dem die Abgas-Konzentration in der Brennkammer ansteigt, die Verbrennungstemperatur absinkt und gleichzeitig die Sauerstoffkonzentration verringert wird.
  • Dementsprechend ist es möglich, die Stickoxide, die unter einer Bedingung einer hohen Temperatur und einer hohen Sauerstoffkonzentration leicht auftreten können, zu reduzieren und ein Motorklopfen im Hochlastbereich zu verringern.
  • Ein Diesel-Benzin-Hybridmotor, der ein AGR-System aufweist, ist jedoch in Bezug auf eine Reduzierung des Motorklopfens in einem Hochlastbereich technischen Beschränkungen unterworfen. Dennoch ist das Verfahren, bei dem ein AGR-System verwendet wird, um das Motorklopfen in einem Hochlastbereich zu verringern, im Hinblick auf den derzeitigen Stand der Technik wirkungsvoll.
  • Somit besteht ein dringender Bedarf an einem Verfahren, das einen Diesel-Benzin-Hybridmotor mit einem AGR-System bereitstellt und in der Lage ist, Probleme beim Sicherstellen der Zündqualität in einem Niedriglastbereich sowie ein Motorklopfen in einem Hochlastbereich zu verringern.
  • Die US 7 121 254 B2 beschreibt einen Diesel-Benzin-Hybridmotor, und die US 7 987 833 B2 , EP 1 251 252 A1 und KR 10 2011 0 107 067 A beschreiben einen Dieselmotor oder einen Benzinmotor.
  • Die obige Beschreibung der verwandten Technik soll lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der vorliegenden Erfindung dienen und nicht als eine herkömmliche Technik verstanden werden, die dem Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt ist.
  • Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf ausgerichtet, einen Diesel-Benzin-Hybridmotor bereitzustellen, der in der Lage ist, die Zündqualität in einem Niedrigdrehzahl- und Niedriglastbereich sicherzustellen, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, ein Motorklopfen in einem Hochlastbereich zu unterdrücken und die Menge an Stickoxiden (NOx) zu verringern, die während des Vormischens des Kraftstoffs entstehen, indem der Raum einer Brennkammer in einen Hochkonzentrations-Abgasrückführungsraum und einen Abgasrückführungsraum mit einer relativ niedrigen Konzentration geschichtet wird.
  • Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen einen Diesel-Benzin-Hybridmotor bereit, der aufweist: eine Brennkammer, die einen Auslasskanal aufweist, um Abgase abzuleiten, und in einem Zylinder ausgebildet ist, der mit einem Zylinderkopf verbunden ist, wobei sich ein Kolben in der Brennkammer hin und her bewegt, einen AGR-Einlasskanal, der einen Tangentialkanal zum Zuführen eines mit einer niedrigen AGR-Rate gemischten Gases und einen Spiralkanal zum Zuführen von mit einer hohen AGR-Rate gemischtem Gas aufweist, ein Einlassventil, das ein Tangentialventil, das in dem tangentialen Kanal vorgesehen ist und dessen Öffnen und Schließen gesteuert wird, und ein Spiralventil, das in dem Spiralkanal vorgesehen ist und dessen Öffnen und Schließen gesteuert wird, aufweist, einen Benzin-Einspritzer, der in einem Ansaugrohr vorgesehen ist und Benzin in die Ansaugluft einspritzt, und einen Diesel-Einspritzer, der in dem Zylinderkopf vorgesehen ist und Dieselkraftstoff direkt in die Brennkammer einspritzt, um eine Zündung zu bewirken.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der AGR-Einlasskanal mit dem Ansaugrohr verbunden, das AGR-Gas mit Luft mischt, um die AGR-Konzentration bezüglich der Luft zu steuern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der AGR-Einlasskanal und der Auslasskanal jeweils in der Brennkammer bezüglich einer horizontalen Mittelinie der Brennkammer angeordnet, welche eine virtuelle Linie zum Aufteilen der Brennkammer ist.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der AGR-Einlasskanal und der Auslasskanal jeweils in der Brennkammer bezüglich einer vertikalen Mittellinie angeordnet, welche eine virtuelle Linie zum Aufteilen der Brennkammer ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Diesel-Einspritzer zwischen dem Tangentialventil und dem Spiralventil vorgesehen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das mit einer niedrigen AGR-Rate gemischte Gas in der Brennkammer in einem oberen Abschnitt des Zylinders angeordnet und ist das mit einer hohen AGR-Rate gemischte Gas in einem unteren Abschnitt des Zylinders angeordnet.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung spritzt der Diesel-Einspritzer Dieselkraftstoff direkt in die Brennkammer ein, um die Verbrennung durch eine Verdichtungszündung zu starten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Selbstzündung des
    Dieselkraftstoffes in der Brennkammer in dem oberen Abschnitt des Zylinders und erfolgt die Benzinverbrennung in dem unteren Abschnitt des Zylinders.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung wird die Zündqualität in einem Niedrigdrehzahlbereich und einem Niedriglastbereich sichergestellt, um die Verbrennung zu verbessern, und wird gleichzeitig ein Motorklopfen in einem Hochlastbereich unterdrückt, da der Raum der Brennkammer in einen Hochkonzentrations-AGR-Raum und einen AGR-Raum mit einer relativ niedrigen Konzentration aufgeteilt ist. Darüber hinaus kann die Menge an Stickoxiden, die während der Benzin-Vormischungs-Verbrennung erzeugt werden, verringert werden.
  • Darüber hinaus kann die Leistung des gesamten Lastbereichs von dem Niedriglastbereich bis zum Hochlastbereich verbessert werden, um während der Dieselverbrennung erzeugtes Rauchgas selbst in einem Zwischenlastbereich und einem Hochlastbereich zu reduzieren.
  • Darüber hinaus kann die Leistung des gesamten Lastbereichs ohne eine große Veränderung im Aufbau des Diesel-Benzin-Hybridmotors und des AGR-Systems verbessert werden, wodurch es möglich wird, die Effektivität und die Marktgängigkeit des AGR-Systems und des Diesel-Benzin-Hybridmotors deutlich zu erhöhen.
  • Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Hilfe der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 den Aufbau um eine Brennkammer eines beispielhaften Diesel-Benzin-Hybridmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
    • 2 eine Querschnittsansicht des Aufbaus einer Brennkammer eines beispielhaften Diesel-Benzin-Hybridmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
    • 3 bis 5 Beispiele für ein Ansaugrohr zum Steuern der Konzentration von mit Luft gemischtem AGR-Gas in einem beispielhaften Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß der vorliegenden Erfindung,
    • 6 einen Betriebszustand in der Brennkammer eines beispielhaften Diesel-Benzin-Hybridmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,
    • 7 eine Verbrennungs-Ausbreitungsphase auf der Grundlage der 6,
    • 8 eine Modifizierung des Aufbaus um die Brennkammer eines beispielhaften Diesel-Benzin-Hybridmotors gemäß der vorliegenden Erfindung, und
    • 9 eine Verbrennungs-Ausbreitungsphase auf der Grundlage der 8.
  • Es wird angemerkt, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, wobei sie eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale darstellen, die die Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung erläutern. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hier offenbart sind, einschließlich beispielsweise bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen werden zum Teil durch die besondere beabsichtigte Anwendung und durch das Nutzungsumfeld bestimmt.
  • Die Bezugszeichen in den Figuren beziehen sich auf gleiche oder gleichwertige Teile der vorliegenden Erfindung.
  • Nachfolgend wird ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele hierfür in den angehängten Zeichnungen erläutert und nachfolgend beschrieben sind. Obgleich die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, wird angemerkt, dass die Erfindung durch die vorliegende Beschreibung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt wird. Im Gegenteil soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen sondern auch zahlreiche Alternativen, Modifizierungen, Entsprechungen und andere Ausführungsformen miteinschließen.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 weist der Diesel-Benzin-Hybridmotor auf: einen Zylinder 1, eine Brennkammer 3, einen AGR-Einlasskanal 10, ein Einlassventil 20, ein Ansaugrohr 30 und einen Auslasskanal 40. Die Brennkammer 3 ist in dem Zylinder 1 ausgebildet, um einen Brennraum auszubilden. Der AGR-Einlasskanal 10 ist mit der Brennkammer 3 verbunden, differenziert die Konzentration von mit Luft gemischtem AGR-Gas und führt das Gemisch der Brennkammer 3 zu. Das Einlassventil 20 ist in dem AGR-Einlasskanal 10 vorgesehen, so dass ein Öffnen und Schließen desselben gesteuert wird. Das Ansaugrohr 30 ist angeschlossen, um die Konzentration des Gemischs aus Außenluft und AGR-Gas zu steuern und das Gemisch dem AGR-Einlasskanal 10 zuzuführen. Der Auslasskanal 40 ist mit der Brennkammer 3 verbunden und leitet das Abgas nach der Verbrennung ab.
  • Die Brennkammer 3 dient als ein bei einem Benzinmotor verwendeter Brennraum.
  • Der AGR-Einlasskanal 10 weist auf: einen Tangentialkanal 11, um AGR-Gas mit einer geringeren Konzentration als Luft zuzuführen, und einen Spiralkanal 12, um AGR-Gas mit einer höheren Konzentration als Luft zuzuführen. Die Kanäle verzweigen sich von dem Ansaugrohr 30 aus und sind mit der oberen Fläche der Brennkammer 3 verbunden.
  • Abhängig vom jeweiligen Fall kann der AGR-Einlasskanal jedoch derart modifiziert sein, dass das AGR-Gas mit einer höheren Konzentration als Luft aus dem tangentialen Kanal 11 zugeführt wird und das AGR-Gas mit einer geringeren Konzentration als Luft aus dem Spiralkanal 12 zugeführt wird.
  • Die jeweiligen Kanäle des Auslasskanals 40, die sich von dem Ansaugrohr 30 aus verzweigen, sind mit der oberen Fläche der Brennkammer 3 verbunden und dann aneinandergefügt.
  • In dieser beispielhaften Ausführungsform können der AGR-Einlasskanal 10 und der Auslasskanal 40 bezüglich der Mitte der Brennkammer 3 auf unterschiedliche Arten angeordnet sein. Aus 1 ist ein Fall ersichtlich, in dem der AGR-Einlasskanal 10 über einer horizontalen Mittellinie A-A der Brennkammer 3 positioniert ist und der Auslasskanal 40 unter der horizontalen Mittellinie A-A positioniert ist.
  • Der AGR-Einlasskanal 10 kann jedoch auch unter der horizontalen Mittellinie A-A der Brennkammer 3 positioniert sein und der Auslasskanal 40 kann über der horizontalen Mittellinie A-A positioniert sein.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 ist die in dem Zylinder 1 ausgebildete Brennkammer 3 durch einen Zylinderkopf 7 abgedichtet, der vertikal mit der Brennkammer 3 verbunden ist, und bildet einen Brennraum aus. Der Brennraum ist in einen oberen Brennraum 4 und einen unteren Brennraum 5 aufgeteilt. Der obere Brennraum 4 ist mit Niedrigkonzentrations-AGR-Gas gefüllt, das durch den Tangentialkanal 11 hindurch zugeführt wird, wobei er einen oberen Abschnitt des Brennraumes ausbildet. Der untere Brennraum 4 ist mit Hochkonzentrations-AGR-Gas gefüllt, das durch den Spiralkanal 12 hindurch zugeführt wird, wobei er einen unteren Abschnitt des Brennraumes ausbildet.
  • Da die Brennkammer 3 in den oberen Brennraum 4 und den unteren Brennraum 5 aufgeteilt ist, kann eine Schichtung erreicht werden, bei der Niedrigkonzentrations-AGR-Gas den oberen Teil füllt und Hochkonzentrations-AGR-Gas den unteren Teil füllt, obwohl der obere und der untere Brennraum durchgängig miteinander verbunden sind.
  • Dementsprechend ist gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung keine Gestaltungsänderung für die Struktur der Brennkammer des Benzinmotors erforderlich.
  • Typischerweise variieren die Volumina des oberen Brennraumes 4 und des unteren Brennraumes 5 der Brennkammer 3 gemäß dem Verdichtungshub und dem Ausdehnungshub des Kolbens 2.
  • Das Auslassventil 20 weist einen in dem Tangentialkanal 11 installiertes Tangentialventil 21 und ein in dem Spiralkanal 12 installiertes Spiralventil 22 auf und hat eine derartige Struktur, dass die jeweiligen Ventile zu dem linken und dem rechten Abschnitt des Raumes der Brennkammer hin bezüglich der Brennkammer 3 vorbelastet sind.
  • Darüber hinaus weist der Auslasskanal 40 ein Auslassventil auf, dessen Öffnen und Schließen gesteuert wird.
  • Der Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist ferner einen Benzin-Einspritzer 50 und einen Diesel-Einspritzer 60 auf. Der Benzin-Einspritzer 50 ist in dem Ansaugrohr vorgesehen und spritzt Benzin in die Ansaugluft ein. Der Diesel-Einspritzer 60 spritzt Dieselkraftstoff in die Brennkammer 3 ein, um eine Zündung zu bewirken.
  • Der Benzin-Einspritzer 50 kann ähnlich wie bei einem Verfahren, das bei einem typischen Benzinmotor angewendet wird, Benzin in den Brennraum der Brennkammer 3 einspritzen, wenn das Einlassventil 20 offen ist.
  • Der Diesel-Einspritzer 60 spritzt unabhängig davon, ob das Einlassventil 20 geöffnet oder geschlossen ist, Dieselkraftstoff direkt in den Brennraum der Brennkammer 3 ein, und die hohe Temperatur bewirkt eine Zündung. Dies entspricht einem Verfahren, das in einem typischen Dieselmotor Anwendung findet.
  • Die Verbrennungssteuerung des Diesel-Benzin-Hybridmotors gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt mittels einer MotorSteuereinheit (ECU), die eine Steuereinheit des Fahrzeugs ist. Als eine Steuerlogik für diese Struktur wird eine typische Verbrennungssteuerlogik verwendet, die in den Diesel-Benzin-Hybridmotor implementiert ist, der das AGR-System aufweist. Falls dies erforderlich ist, ist es möglich, die Steuerung für die Öffnungs- und Schließzeit des Einlassventils 20, die Steuerung für das Ansaugrohr 30 oder die Steuerung für die Einspritzzeit des Benzin-Einspritzers 50 oder des Diesel-Einspritzers 60 entsprechend zu ändern.
  • Aus 3 bis 5 sind Beispiele für den Aufbau des Ansaugrohres ersichtlich, um die Konzentration von mit Luft gemischtem AGR-Gas in dem Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu steuern.
  • Ein aus 3 ersichtliches Ansaugrohr 30 weist auf: eine Luft-Einführleitung 31, die ein Drosselventil aufweist, und ein AGR-Ansaugrohr 32, das einen AGR-Wert aufweist, um die Menge an AGR-Gas zu steuern, und mit der Luft-Einführleitung 31 verbunden ist.
  • In diesem Fall nehmen der Tangentialkanal 11 und der Spiralkanal 12, die mit jeder Brennkammer 3 verbunden sind, AGR-Gase mit unterschiedlichen Konzentrationen aus der Luft aus dem Ansaugrohr 30 auf und füllen den Brennraum mit geschichteten AGR-Gasen, die unterschiedliche Konzentrationen aufweisen.
  • Ein Ansaugrohr 30-1, das aus 4 ersichtlich ist, weist eine Luft-Einführleitung 31-1 und ein AGR-Ansaugrohr 32-1 auf. Die Luft-Einführleitung 31-1 weist eine erste und eine zweite Einführleitung 31a und 31b auf, die jeweils ein Drosselventil aufweisen. Das AGR-Ansaugrohr 32-1 weist auf: eine AGR-Hauptleitung 32a, durch die AGR-Gas strömt, und eine erste und eine zweite AGR-Zweigleitung 32b und 32c, die von der AGR-Hauptleitung 32a abzweigen, mit der ersten bzw. mit der zweiten Einführleitung 31a und 31b verbunden sind und jeweils ein AGR-Ventil aufweisen.
  • In diesem Fall empfangen der Tangentialkanal 11 und der Spiralkanal 12, die mit jeder Brennkammer 3 verbunden sind, AGR-Gase mit unterschiedlichen Konzentrationen aus der Luft aus dem Ansaugrohr 30-1, das die in zwei Teile aufgeteilte Luft-Einführleitung 31-1 aufweist, und füllen den Brennraum mit geschichteten AGR-Gasen, die unterschiedliche Konzentrationen aufweisen.
  • Das Ansaugrohr 30-1 mit einer derartigen Struktur hat den Vorteil, dass im Vergleich zu dem oben beschriebenen Ansaugrohr 30 eine AGR-Schichtung in dem Brennraum der Brennkammer 3 leichter erzielt wird.
  • Ein aus 5 ersichtliches Ansaugrohr 30-2 weist wie das Ansaugrohr 30-1 aus 4, das oben beschrieben ist, eine Ansaug-Einführleitung 31-1 mit einer ersten und einer zweiten Einführleitung 31a und 31b auf. Das Ansaugrohr 30-2 hat jedoch im Hinblick auf ein AGR-Ansaugrohr 32-2, durch das AGR-Gas hindurchströmt, eine andere Struktur.
  • Zum Beispiel weist das AGR-Ansaugrohr 32-2 auf: eine AGR-Hauptleitung 32a, durch die das AGR-Gas hindurchströmt und die ein AGR-Ventil aufweist, und eine erste und eine zweite AGR-Zweigleitung 32b und 32c, die von der AGR-Hauptleitung 32a abzweigen, mit der ersten bzw. der zweiten Einführleitung 31a und 31b verbunden sind und kein AGR-Ventil aufweisen. Darüber hinaus weist das AGR-Ansaugrohr 32-2 ein Dreiwegeventil 32d auf, das an der AGR-Hauptleitung 32a und dem Abzweigungsabschnitt der ersten und der zweiten AGR-Zweigleitung 32b und 32c vorgesehen ist.
  • In diesem Fall hat das Ansaugrohr 30-2 in Bezug auf die AGR-Schicht-Ausbildung innerhalb des Brennraumes die gleiche Leistung wie das oben beschriebene Ansaugrohr 30-1, wobei jedoch die Anzahl von AGR-Ventilen verringert sein kann.
  • Aus 6 ist ein Betriebszustand in der Brennkammer des Diesel-Benzin-Hybridmotors gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ersichtlich.
  • Wenn der Motor läuft, werden dem Einlasskanal 10, wie aus 6 ersichtlich, mit Luft gemischte AGR-Gase in unterschiedlichen Konzentrationen aus dem Ansaugrohr 30, 30-1 oder 30-2 zugeführt, wobei dies in einem Zustand erfolgt, in dem der Auslasskanal 40 geschlossen ist.
  • Durch den Tangentialkanal 11 des AGR-Einlasskanals 10 hindurch zugeführtes Niedrigkonzentrations-AGR-Gas füllt den oberen Brennraum 4 der Brennkammer 3, und durch den Spiralkanal 12 des AGR-Ansaugrohres 10 hindurch zugeführtes Hochkonzentrations-AGR-Gas füllt den unteren Brennraum 5 der Brennkammer 3.
  • Zu diesem Zeitpunkt werden die Zeitpunkte, in denen das Hochkonzentrations-AGR-Gas und das Niedrigkonzentrations-AGR-Gas in die Brennkammer 3 eingeführt werden, durch die Steuerung der Öffnungs- und Schließzeiten des in dem Tangentialkanal 11 bereitgestellten Tangentialventils 21 und der Öffnungs- und Schließzeiten des in dem Spiralkanal 12 vorgesehenen Spiralventils 22 gesteuert.
  • In dieser beispielhaften Ausführungsform wird, wenn das Hochkonzentrations-AGR-Gas und das Niedrigkonzentrations-AGR-Gas der Brennkammer 3 zugeführt werden, der Brennkammer 3 durch den Benzin-Einspritzer 50 Benzin zugeführt, wenn das Tangentialventil 21 oder das Spiralventil 22 offen ist, es wird jedoch kein Dieselkraftstoff zugeführt.
  • Dies liegt daran, dass aus dem Diesel-Einspritzer 60 in die Brennkammer 3 eingespritzter Dieselkraftstoff einen Verdichtungshub des Kolbens 2 erfordert, da eine hohe Temperatur erforderlich ist, um eine Selbstzündung für die Verbrennung zu bewirken.
  • Anschließend, wenn die Brennkammer 3 ausreichend erwärmt und unter Druck gesetzt ist, spritzt der Diesel-Einspritzer 60 Dieselkraftstoff in die Brennkammer 3 ein, so dass sich der Kolben 2 mit einer Explosion in dem Brennraum nach unten bewegt.
  • Der Diesel-Benzin-Hybridmotor, der das AGR-System gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufweist, wiederholt den oben beschriebenen Verbrennungshub, um eine Motorkraft zu erzeugen.
  • Aus 7 ist ein Fall ersichtlich, indem der AGR-Einlasskanal über der horizontalen Mittellinie A-A der Brennkammer 3 positioniert ist und der Auslasskanal 40 unter der horizontalen Mittellinie A-A positioniert ist. Aus 7 ist eine Strömungsanalyse einer numerischen Strömungssimulation (CFD, engl. Computational Fluid Dynamics) für eine Verbrennungs-Ausbreitungsphase auf der Grundlage der 6 ersichtlich.
  • Wie aus 7 ersichtlich, werden in der Brennkammer 3, wenn aus dem Diesel-Einspritzer 60 eingespritzter Dieselkraftstoff gezündet (F) wird, Flammenströme Fa und Fb erzeugt, die sich von der Zündung F durch den oberen Brennraum 4 in den unteren Brennraum 5 ausbreiten.
  • Da die Verbrennung auf eine derartige Weise erfolgt, dass sich die Flammenströme Fa und Fb gleichmäßig in allen Richtungen der Brennkammer 3 ausbreiten, wird eine Zündungsqualität in einem Niedriglastbereich auf einfache Weise sichergestellt und erfolgt selbst bei einer hohen Verdichtungsrate kein Motorklopfen in einem Hochlastbereich.
  • Da die Verbrennungsleistung in dem gesamten Lastbereich von dem Niedriglastbereich bis zum Hochlastbereich deutlich verbessert ist, kann insbesondere die Menge an während der Benzin-Vormischungs-Verbrennung erzeugtem NOx verringert werden und kann während der Dieselverbrennung im Hochlastbereich erzeugtes Rauchgas reduziert werden.
  • Aus 8 ist eine Modifizierung des Aufbaus um die Brennkammer des Diesel-Benzin-Hybridmotors gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ersichtlich.
  • Wie aus 8 ersichtlich, ist der Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß der Modifizierung ähnlich aufgebaut, wie in dem Fall, in dem der AGR-Einlasskanal 10 über der horizontalen Mittellinie A-A der Brennkammer 3 positioniert ist und der Auslasskanal 40 unter der horizontalen Mittellinie A-A positioniert ist. Bei dem Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß der Modifizierung ist jedoch der AGR-Einlasskanal 10 bezüglich einer vertikalen Mittelinie B-B der Brennkammer 3 auf einer Seite (der rechten Seite) positioniert, und ist der Auslasskanal 40 auf der entgegengesetzten Seite (der linken Seite) positioniert. Das bedeutet, dass der Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß der Modifizierung einen anderen Aufbau hat.
  • Auf der anderen Seite kann der AGR-Einlasskanal 10 bezüglich der vertikalen Mittellinie B-B der Brennkammer 3 auch auf einer Seite (der linken Seite) positioniert sein, und kann der Auslasskanal 40 auf der entgegengesetzten Seite (der rechten Seite) positioniert sein.
  • Aus 9 ist eine CFD-Strömungsanalyse für eine Verbrennung-Ausbreitungsphase auf der Grundlage der 8 ersichtlich.
  • Wie aus 9 ersichtlich, werden in der Brennkammer 3, wenn aus dem Diesel-Einspritzer 60 eingespritzter Dieselkraftstoff gezündet wird (F), Flammenströme Fa und Fb erzeugt, die sich von der Zündung F aus durch den oberen Brennraum 4 zu dem unteren Brennraum 5 ausbreiten. In diesem Fall können die Formen der Flammenströme Fa und Fb, die sich in alle Richtungen der Brennkammer 3 ausbreiten, einen geringen Unterschied aufweisen.
  • Der Einfluss, der durch den oben beschriebenen geringen Unterschied der Flammenströme Fa und Fb erzeugt wird, ist jedoch sehr gering. Aus diesem Grund wird selbst in diesem Fall eine Zündungsqualität in einem Niedriglastbereich auf einfache Weise sichergestellt und erfolgt selbst bei einer hohen Verdichtungsrate kein Motorklopfen in einem Hochlastbereich.
  • Da die Verbrennungsleistung in dem gesamten Lastbereich von dem Niedriglastbereich bis zum Hochlastbereich deutlich verbessert ist, kann darüber hinaus die während der Benzin-Vormischungs-Verbrennung erzeugte Menge an NOx verringert werden, und kann während der Dieselverbrennung erzeugtes Rauchgas im Hochlastbereich reduziert werden.
  • Wie oben beschrieben, kann der Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit dem AGR-System ohne eine Gestaltungsänderung aufgebaut sein und kann der Brennraum der Brennkammer 3 in einen Hochkonzentrations-AGR-Raum und einen AGR-Raum mit einer relativ niedrigen Konzentration aufgeteilt bzw. geschichtet werden. Aus diesem Grund kann die Zündqualität in einem Niedrigdrehzahl- und Niedriglastbereich sichergestellt werden, um die Verbrennung zu verbessern, und kann gleichzeitig ein Motorklopfen im Hochlastbereich unterdrückt werden. Darüber hinaus kann die Menge an während der Benzin-Vormischungs-Verbrennung erzeugtem NOx sowie die Menge an Rauchgas, die während der Dieselverbrennung erzeugt wird, deutlich reduziert werden.
  • Zum Zweck einer vereinfachten Erläuterung und genauen Definition in den angehängten Ansprüchen werden die Begriffe „oben“, „unten“, usw. Verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Positionen solcher Merkmale zu beschreiben, wie sie aus den Figuren ersichtlich sind.
  • Die vorangehende Beschreibung bestimmter beispielgebender Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zum Zweck der Erläuterung und Beschreibung dargestellt. Sie soll weder vollständig sein noch die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen beschränken, und zahlreiche Modifizierungen und Variationen sind im Lichte der oben beschriebenen Lehren möglich. Die beispielgebenden Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um es so einem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, verschiedene beispielgebende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifizierungen davon auszuführen.

Claims (8)

  1. Diesel-Benzin-Hybridmotor, aufweisend: eine Brennkammer (3), die einen Auslasskanal (40) aufweist, um Abgas abzuleiten, und in einem Zylinder (1) ausgebildet ist, der mit einem Zylinderkopf (7) verbunden ist, derart dass sich ein Kolben (2) in der Brennkammer (3) hin und her bewegt, einen Abgasrückführungs- (AGR)-Einlasskanal (10), der einen Tangentialkanal (11) und einen Spiralkanal (12) aufweist, ein Einlassventil (20), aufweisend ein Tangentialventil (21), das in dem Tangentialkanal (11) vorgesehen ist und dessen Öffnen und Schließen gesteuert werden, und ein Spiralventil (22), das in dem Spiralkanal (12) vorgesehen ist und dessen Öffnen und Schließen gesteuert werden, und einen Diesel-Einspritzer (60), der in dem Zylinderkopf (7) vorgesehen ist und Dieselkraftstoff direkt in die Brennkammer (3) einspritzt, um eine Zündung zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass ein Benzin-Einspritzer (50) in einem Ansaugrohr (30) vorgesehen ist und Benzin in die Ansaugluft einspritzt, der Tangentialkanal (11) mit einer niedrigen AGR-Rate gemischtes Gas zuführt, und der Spiralkanal (12) mit einer hohen AGR-Rate gemischtes Gas zuführt.
  2. Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß Anspruch 1, wobei der AGR-Einlasskanal (10) mit dem Ansaugrohr (30) verbunden ist, das AGR-Gas mit Luft mischt, um eine AGR-Konzentration bezüglich der Luft zu steuern.
  3. Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß Anspruch 2, wobei der AGR-Einlasskanal (10) und der Auslasskanal (40) jeweils in der Brennkammer (3) bezüglich einer horizontalen Mittellinie A-A angeordnet sind, welche eine virtuelle Linie zum Aufteilen der Brennkammer (3) ist.
  4. Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß Anspruch 2, wobei der AGR-Einlasskanal (10) und der Auslasskanal (40) jeweils in der Brennkammer (3) bezüglich einer vertikalen Mittellinie B-B angeordnet sind, welche eine virtuelle Linie zum Aufteilen der Brennkammer (3) ist.
  5. Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß Anspruch 3, wobei in der Brennkammer (3) das mit einer niedrigen AGR-Rate gemischte Gas sich in einem oberen Abschnitt des Zylinders (1) befindet und das mit einer hohen AGR-Rate gemischte Gas sich in einem unteren Abschnitt des Zylinders (1) befindet.
  6. Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß Anspruch 5, wobei der Diesel-Einspritzer (60) zwischen dem Tangentialventil (21) und dem Spiralventil (22) vorgesehen ist.
  7. Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß Anspruch 6, wobei der Diesel-Einspritzer (60) Dieselkraftstoff direkt in die Brennkammer (3) einspritzt, um die Verbrennung durch eine Verdichtungszündung zu starten.
  8. Diesel-Benzin-Hybridmotor gemäß Anspruch 7, wobei in der Brennkammer (3) die Selbstzündung des Dieselkraftstoffs in dem oberen Abschnitt des Zylinders (1) erfolgt und die Benzinverbrennung in dem unteren Abschnitt des Zylinders (1) erfolgt.
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