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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2011-0106291 , eingereicht am 18. Oktober 2011, deren gesamter Inhalt für alle Zwecke durch diese Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hybridfahrzeug und insbesondere auf ein Hybridfahrzeug ausgestattet mit einem Viertakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotor, der eine Kapazität bzw. eine Leistung zum Aufladen einer Batterie bzw. eines Akkumulators (im Folgenden: „Batterie”) von hoher Kapazität bereitstellt mittels einer HCCI (homogene Kompressionszündung, aus dem Englischen: homogeneous charge compression ignition) und eines Verfahrens zum Betrieb des Verbrennungsmotors.
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Hybridfahrzeuge, die aus externen Umweltfaktoren, wie z. B. Umweltfreundlichkeit und hohen Ölpreisen, hergestellt werden, haben im Vergleich zu Ottomotoren oder Dieselmotoren eine niedrige Ausgangsleistung bzw. Verbrennungsmotorleistung, da der thermische Wirkungsgrad des Wasserstoffs als Kraftstoff niedrig ist. Die niedrige Leistung des Verbrennungsmotors kann jedoch kompensiert werden mittels eines Kraft- bzw. Leistungsverteilungsverhätnisses ähnlich wie bei einem Elektromotor oder eines Kraftverteilungsverhältnisses in Richtung zum (bzw. zugunsten von) Elektromotor aufgrund der Eigenschaft, dass der Verbrennungsmotor und der Elektromotor gleichzeitig verwendet werden.
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Ferner, wenn ein Hybridfahrzeug mit einer Batterie von hoher Kapazität ausgestattet ist, kann ein Elektromotor mit hoher Ausgangsleistung verwendet werden und die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs kann deutlich erhöht werden. Ferner wird die Möglichkeit der Verwendung von Vorrichtungen mit unterschiedlichen Leistungsvermögen deutlich erhöht, so dass eine gewöhnliche bzw. serienmäßige Nutzung des Hybridfahrzeugs beträchtlich nach vorn vorgezogen und die kommerzielle Qualität verbessert werden kann.
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Da eine Batterie mit hoher Kapazität kontinuierlich aufgeladen werden muss, wird im Allgemeinen ein Hochleistungsgenerator benötigt, und der Hochleistungsgenerator braucht notwendigerweise einen Hochleistungsverbrennungsmotor.
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Daher muss, um eine Batterie mit hoher Kapazität bei einem Hybridfahrzeug anzuwenden, zuerst ein Verbrennungsmotor mit hoher Leistung vorgesehen werden.
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Im Allgemeinen ist es möglich, die Ausgangsleistung zu erhöhen, indem der thermische Wirkungsgrad des Kraftstoffs erhöht wird, was zum Beispiel bei HCCI (homogene Kompressionszündung) mittels nur eines Zündverfahrens ohne eine Änderung der Verbrennungsmotorstruktur implementiert wird.
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Allerdings ist die Steuerung bzw. Regelung der HCCI-Verbrennung geeignet für einen Dieselmotor, der einen hohen Druck erzeugt, und einen Ottomotor mit im Vergleich zum Dieselmotor niedrigerem Kompressionsdruck, aber bei der Anwendung der HCCI-Verbrennungssteuerung auf den Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeugs wird eine relativ große Leistungsverlustrate erzeugt, so dass eine praktische Verwendung hinsichtlich des Wirkungsgrads technisch schwierig ist.
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Es ist möglich, die Leistungsverlustrate des oben beschriebenen Verbrennungsmotors mittels Verwendung eines Zweitakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotors anstelle von einem Viertakt-Zyklus-Otto- bzw. -Dieselmotors in einem Hybridfahrzeug ein wenig zu minimieren.
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Allerdings weist der Linear-Verbrennungsmotor bzw. der Verbrennungsmotor mit einander linear, z. B. horizontal um 180° zueinander, gegenüberliegenden Verbrennungskammern (im Folgenden: „Linear-Verbrennungsmotor”) prinzipbedingt eine Einschränkung bzw. eine Grenze bei der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Vergleich zum Ottomotor oder dem Dieselmotor auf, und diese Eischränkung bei der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses macht eine Steuerung der Verbrennung nach HCCI unmöglich, so dass es schwierig ist, eine HCCI-Verbrennungssteuerung in einem Hybridfahrzeug anzuwenden.
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Das heißt, dass bei einem Hybridfahrzeug, das mit einem Linear-Verbrennungsmotor des Zweitakt-Zyklus-Typs ausgestattet ist, zwangsläufig die Ausgangsleistung des Stromgenerators gering ist, da die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors gering ist, und in Entsprechung zum Niederleistungs-Stromgenerator wird eine Batterie mit niedriger Kapazität verwendet, so dass es schwierig ist, die Einschränkungen bzw. Nachteile der verwandten Technik zu überwinden, nämlich die Verschlechterung im Leistungsvermögen und in der kommerziellen Qualität des Hybridfahrzeugs.
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Die hier im Zusammenhang mit dem Hintergrund der Erfindung offenbarten Informationen sollen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung dienen und sollen nicht als eine Anerkennung oder irgendeine Form von Hinweis verstanden werden, dass diese Informationen einen dem Fachmann bereits bekannten Stand der Technik darstellen.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein Hybridfahrzeug bereitzustellen, das die gesamte Verbrennungsmotorleistung, die mittels HCCI in einem Betriebsbereich mit einem hohen Wirkungsgrad bei der Stromgeneration erzeugt wird, zum Aufladen einer Batterie von hoher Kapazität verwendet, indem ein Viertakt-Zyklus mit einem Satz aus zwei Zweitakt-Zyklus-Linear-Verbrennungmotoren implementiert wird, und ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeugs.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein Hybridfahrzeug bereitzustellen, das in einfacher Weise den Anstieg des Leistungsvermögens eines Verbrennungsmotors sichern kann, indem ein Paar von zwei Zweitakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotoren für einen Viertakt parallel zueinander angeordnet wird, um die Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors zu erhöhen, und ein Verfahren zum Betrieb des Verbrennungsmotors.
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In verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung weist ein Hybridfahrzeug auf: einen Linear-Verbrennungsmotor gesteuert mittels einer HCCI(homogene Kompressionszündung)-Verbrennung in einem Betriebsbereich, bei dem eine Verbrennungsmotorleistung nicht zum (direkten) Fahrtantrieb verwendet wird und zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt wird, nachdem der Linear-Verbrennungsmotor von einem (Elektro-)Motor gestartet worden ist und eine vorbestimmte Drehzahl erreicht hat; und einen Elektromotor/Generator, der mit dem (Elektro-)Motor ausgestattet ist und der eine Batterie großer Kapazität auflädt, indem er die gesamte Verbrennungsmotorleistung des Linear-Verbrennungsmotors, die mittels der HCCI-Verbrennung erzeugt wird, in eine Leistung zur Erzeugung von elektrischem Strom (bzw. in elektrische Leistung/elektrischen Strom) konvertiert.
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Vorzugsweise führt der Linear-Verbrennungsmotor einen Viertakt-Zyklus mittels einer Parallelschaltung zweier Zweitakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotoren aus.
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Vorzugsweise sind die zwei Zweitakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotoren, die den Viertakt-Zyklus implementieren, als ein Paar parallelgeschaltet, so dass die Anzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors erhöht ist.
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Vorzugsweise weist der Linear-Verbrennungsmotor auf: einen ersten Linear-Verbrennungsmotor, bei dem ein Expansionstakt aufgrund von Explosion bei 45° und 90° in einem vollständigen Takt-Zyklus erzeugt wird; einen zweiten Linear Verbrennungsmotor, der parallel zum ersten Linear-Verbrennungsmotor angeordnet ist und bei dem ein Expansionstakt aufgrund von Explosion bei 135° und 180° im vollständigen Takt-Zyklus erzeugt wird, wobei die Verbrennungsmotorleistung des ersten Linear-Verbrennungsmotors und des zweiten Linear-Verbrennungsmotors an eine Kurbelwelle übertragen werden, die mit dem Elektromotor/Generator verbunden ist.
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Vorzugsweise weisen der erste Linear-Verbrennungsmotor und der zweite Linear-Verbrennungsmotor die gleiche Konfiguration auf und sind mit der Kurbelwelle verbunden.
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Vorzugsweise weisen der erste Linear-Verbrennungsmotor und der zweite Linear-Verbrennungsmotor auf: Verbrennungskammern, die an einer linken und einer rechten Seite der Kurbelwelle geformt sind und mit einem Zylinderkopf verbunden sind, zur Verbrennung von Kraftstoff und Luft; und Kolben, die an bzw. in den Verbrennungskammern angeordnet sind und jeweils mittels einer Verbindungsstange bzw. einer Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden sind.
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Vorzugsweise werden in einer der Verbrennungskammern des ersten Linear-Verbrennungsmotors ein Expansionstakt bei einem Kurbelwinkel von 45° erzeugt und in der gegenüberliegenden Verbrennungskammer des ersten Linear-Verbrennungsmotors ein Expansionstakt bei einem Kurbelwinkel von 90° erzeugt; und in einer der Verbrennungskammern des zweiten Linear-Verbrennungsmotors werden ein Expansionstakt bei einem Kurbelwinkel von 135° erzeugt und in der gegenüberliegenden Verbrennungskammer des zweiten Linear-Verbrennungsmotors ein Expansionstakt bei einem Kurbelwinkel von 180° erzeugt.
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Vorzugsweise weist der Zylinderkopf auf: eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, einen Ventiltrieb und verschiedene Vorrichtungen zum Herausführen von Abgasprodukten.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs die Schritte aufweisen: Bestimmen bzw. Ermitteln, ob eine Betriebsbedingung für eine HCCI(homogene Kompressionszündung)-Verbrennung erfüllt ist, nachdem eine Verbrennungsmotordrehzahl und eine Verbrennungsmotortemperatur überprüft worden sind; Durchführen einer Steuerung bzw. einer Regelung, so dass in einer Verbrennungskammer des ersten Linear-Verbrennungsmotors ein Expansionstakt bei einem Kurbelwinkel von 45° erzeugt wird, in der gegenüberliegenden Verbrennungskammer des ersten Linear-Verbrennungsmotors ein Expansionstakt bei einem Kurbelwinkel von 90° erzeugt wird, in einer Verbrennungskammer des zweiten Linear-Verbrennungsmotors, der parallel zum ersten Linear-Verbrennungsmotor angeordnet ist, ein Expansionstakt bei einem Kurbelwinkel von 135° erzeugt wird und in der gegenüberliegenden Verbrennungskammer des zweiten Linear-Verbrennungsmotors ein Expansionstakt bei einem Kurbelwinkel von 180° erzeugt wird, wenn die HCCI-Betriebsbedingung erfüllt ist; Ermitteln, ob eine Verbrennungsmotorbetriebsbedingung verändert werden soll, indem ein stabiler Zustand einer Frequenz eines Elektromotor/Generators verwendet wird, der elektrischen Strom mittels einer Kurbelwelle gemäß der HCCI-Betriebssteuerung erzeugt; und Aufrechterhalten der HCCI-Betriebssteuerung im Schritt Durchführen einer Steuerung, wenn die Verbrennungsmotorbetriebsbedingung nicht verändert wird, und Anwenden eines Bedingungswertes, der verändert wird, wenn die Verbrennungsmotorbetriebsbedingung verändert wird, auf den Schritt des Durchführens einer Steuerung.
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Vorzugsweise ist die HCCI-Betriebsbedingung ein Leistungs-Betriebsbereich mit bzw. von hohem Wirkungsgrad, bei dem die gesamte Verbrennungsmotorleistung nicht als Fahrtantriebsleistung, sondern als Stromerzeugungsleistung des Elektromotor/Generators verwendet wird.
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Vorzugsweise weist das Verfahren ferner die Schritte auf: Ermitteln, ob eine Stromerzeugungsbedingung erfüllt ist, wenn die HCCI-Betriebsbedingung nicht erfüllt ist; Ermitteln, ob eine Startbedingung erfüllt ist, wenn die Stromerzeugungsbedingung nicht erfüllt ist; und Starten des Verbrennungsmotors, wenn die Stromerzeugungsbedingung oder die Startbedingung erfüllt ist, und Umschalten zu einem Verbrennungsmotor-Stoppzustand, wenn die Stromerzeugungsbedingung und die Startbedingung nicht erfüllt sind.
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Vorzugsweise wird der Verbrennungsmotor mittels eines Elektromotors gestartet, der im Elektromotor/Generator montiert ist (oder welcher der Elektromotor des Elektromotor/Generators selbst) ist.
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Vorzugsweise ist die Verbrennungsmotorbetriebsbedingung ein Verbrennungsmotorkorrekturfaktor, und der Verbrennungsmotorkorrekturfaktor weist einen Einspritzzeitpunkt und eine Kraftstoffmenge des Verbrennungsmotors auf.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Fahrzeugleistungsvermögen mittels Verwendung einer Batterie mit großer Kapazität zu erhöhen und eine kommerzielle Qualität deutlich zu steigern, indem die gesamte Verbrennungsmotorleistung basierend auf HCCI von einem Linear-Verbrennungmotor in eine Leistungskapazität zum Aufladen der Batterie mit großer Kapazität umgewandelt wird.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Leistungsverbrauchsrate von Kurbelwellen im Vergleich zu einem Otto- oder einem Dieselmotor erheblich zu reduzieren, indem ein Viertakt-Zyklus mittels Zusammenstellung von zwei Zweitakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotoren zu einem Paar implementiert wird, und insbesondere ist es möglich, die Ausgangssleistung eines Hybridfahrzeugs in einfacher Weise zu erhöhen, indem die Anzahl der Zylinder in einem Verbrennungsmotor mittels paralleler bzw. parallelgeschalteter Anordnung zweier Zweitakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotoren zu einem Paar erhöht wird.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, da der Linear-Verbrennungsmotor nach dem HCCI-Typ betrieben wird zum Aufladen einer Batterie mit hoher Kapazität, möglich, die Sauberkeit der Verbrennung stark zu verbessern, sogar in einem Linear-Verbrennungsmotor, aufgrund von hohem Wirkungsgrad und geringer Emission.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, wie im Detail aus den angehängten Zeichnungen, die hierin einbezogen sind, und den folgenden näheren Beschreibungen sichtbar werden, die zusammen zur Erläuterung gewisser Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen.
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1 und 2 sind Ansichten, die die Verbrennungsmotorkonfiguration eines Hybridfahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
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3 ist eine Ansicht, die einen Betrieb des Verbrennungsmotors, der in einem Hybridfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist, zeigt.
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4 ist ein Diagramm, das einen Betriebsablauf bzw. eine -logik eines Linear-Verbrennungsmotors zeigt, der in einem Hybridfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
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5 ist eine Ansicht, die einen Viertakt-Zyklus des Linear-Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Es versteht sich, dass die angehängten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und lediglich eine vereinfachte Darstellung der verschiedenen Merkmale gemäß den Grundprinzipien der Erfindung präsentieren. Die besonderen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie hierin offenbart, einschließlich, zum Beispiel, besondere Dimensionen, Orientierungen, Lagen und Umrisse, werden in Teilen durch eine besonders beabsichtigte Anwendung und Nutzungsumfeld bestimmt werden.
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In den Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder entsprechenden Bauteile der vorliegenden Erfindung in allen verschiedenen Figuren der Zeichnungen.
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Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Während die Erfindung im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindungen auf diese beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Auf der anderen Seite ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen Äquivalente und andere Ausführungsformen decken, die in den Sinn und Schutzbereich der Erfindung fallen, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert.
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben. Beispielhafte Ausführungsformen können auf unterschiedliche Wege vom Fachmann erreicht werden, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt.
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1 zeigt einen Viertakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotor 1, der in einem Hybridfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
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Wie in 1 gezeigt, weist ein Viertakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotor 1 auf: einen ersten Linear-Verbrennungsmotor 2, bei dem ein Expansionstakt aufgrund von einer Explosion (bzw. einer Zündung des brennbaren Gemisches) ausgeführt wird bei 45° und 90° im gesamten Takt-Zyklus; einen zweiten Linear-Verbrennungsmotor 7, der parallel zum ersten Linear-Verbrennungsmotor 2 angeordnet ist und bei dem ein Expansionstakt aufgrund von einer Explosion bei 135° und 180° im gesamten Takt-Zyklus ausgeführt wird; eine Kurbelwelle 12, die die Verbrennungsmotorleistung, die mittels der Takt-Zyklen bzw. der Hub-Zyklen des ersten und des zweiten Linear-Verbrennungsmotors 2 und 7 erzeugt werden, entnimmt bzw. gewinnt; und einen Elektromotor/Generator 20 (bzw. eine integrierte Kombination aus einem Elektromotor und einem Generator), der die Verbrennungsmotoren mittels Betätigung der Kurbelwelle 12 startet und eine Fahrtantriebsleistung mithilfe der HCCI-Verbrennung in einem Leistungs-Betriebsbereich von hohem Wirkungsgrad erzeugt und in den anderen Betriebsbereichen Leistungskapazität zum Aufladen einer Batterie mit hoher Kapazität erzeugt.
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Hierbei ist HCCI (im Englischen: Homogeneous Charge Compression Ignition) eine Abkürzung für homogene Kompressionszündung, was eine Verbrennung bei homogener Kompressionszündung bedeutet.
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Der Elektromotor/Generator 20 ist ein Stromgenerator und arbeitet zugleich auch als ein Elektromotor, der die Umdrehungszahl eines Verbrennungsmotors auf eine vorbestimmte Umdrehungszahl bzw. Drehzahl erhöht.
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Ein Zylinderkopf ist angeordnet an linkem bzw. rechtem Ende einer Verbrennungskammer 3, 5, 8 und 10, und der Viertakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotor 1 weist eine Struktur auf, die ähnlich zu der eines üblichen Dieselmotors ist, indem er ausgestattet ist mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung und einem Ventiltrieb zum Hineinlassen und Verbrennen von Kraftstoff und Luft sowie einem Abgaskrümmer zum Herausführen von Abgasprodukten am Zylinderkopf bzw. an den Zylinderköpfen.
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Es ist möglich, in einfacher Weise die Kapazität des Viertakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotors 1 dadurch zu erhöhen, dass der erste Linear-Verbrennungsmotor 2 und der zweite Linear-Verbrennungsmotor 7, die parallel zueinander angeordnet sind, zu einem Paar gemacht und diese zueinander benachbart parallel angeordnet werden.
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2 zeigt Linear-Verbrennungsmotoren 2 und 7 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 2 gezeigt, weist der erste Linear-Verbrennungsmotor 2 auf: Verbrennungskammern 3 und 5 an einer linken bzw. einer rechten Seite, in denen Kraftstoff und Luft verbrannt werden, wobei ein erster L (linker) Kolben 4 an einer Verbrennungskammer 3 (linke Seite in 2) der Verbrennungskammern 3 und 5 angeordnet ist, wohingegen ein erster R (rechter) Kolben 6 an der Verbrennungskammer 5 auf der gegenüberliegenden Seite (rechte Seite in 2) angeordnet ist, und eine Verbindungsstange 4a, die mit dem ersten L Kolben 4 verbunden ist, und eine Verbindungsstange 6a, die mit dem ersten R Kolben 6 verbunden ist, sind in der Mitte dortzwischen angeordnet, um die Verbrennungsmotorleistung zu entnehmen bzw. zu extrahieren, und mit der Kurbelwelle 12 verbunden, die mit dem Elektromotor/Generator 20 gekoppelt ist.
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Der zweite Linear-Verbrennungsmotor 7 weist auf: Verbrennungskammern 8 und 10 an einer linken bzw. einer rechten Seite, in denen Kraftstoff und Luft verbrannt werden, wobei ein zweiter L (linker) Kolben 9 an der Verbrennungskammer 8 (linke Seite in 2) der Verbrennungskammern 8 und 10 angeordnet ist, wohingegen ein zweiter R (rechter) Kolben 11 an der Verbrennungskammer 10 auf der gegenüberliegenden Seite (rechte Seite in 2) angeordnet ist, und eine Verbindungsstange 9a, die mit dem zweiten L-Kolben 9 verbunden ist, und eine Verbindungsstange 11a, die mit dem zweiten R Kolben 11 verbunden ist, sind in der Mitte dortzwischen angeordnet, um die Verbrennungsmotorleistung zu entnehmen, und mit der Kurbelwelle 12 verbunden, die mit dem Elektromotor/Generator 20 gekoppelt ist.
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Der erste Linear-Verbrennungsmotor 2 und der zweite Linear-Verbrennungsmotor 7 sind parallel angeordnet, und Expansionstakte aufgrund von einer Explosion werden erzeugt bei 45°, 90°, 135° und 180°, welche die Mindesteinheit des Viertakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotors 1 ausmachen.
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Die Winkelangaben 45°, 90°, 135° und 180° sind Angaben in Kurbelwinkel.
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3 zeigt einen Betrieb des Verbrennungsmotors, der in einem Hybridfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
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3A zeigt einen Prozess, bei dem der erste Linear-Verbrennungsmotor 2 Explosionstakte bzw. Expansionstakte bei 45° und 90° erzeugen, wobei, wenn ein Expansionstakt (a) aufgrund von einer Explosion in der Verbrennungskammer 3 bei 45° des gesamten Takt-Zyklus bzw. Kreisprozesses erzeugt wird, der erste L-Kolben 4 der Verbrennungskammer 3 geschoben bzw. gedrückt wird und die Verbindungsstange 4a, die damit verbunden ist, die Kurbelwelle 12 dreht.
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Die Kurbelwelle 12, die wie oben beschrieben rotiert wird, betreibt bzw. betätigt die Verbindungsstange 6a, die damit verbunden ist, und die Verbindungsstange 6a drückt den ersten R-Kolben 6, der damit verbunden ist, so dass ein Kompressionstakt zum Herausführen eines Abgases in der Verbrennungskammer 5 erzeugt wird.
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Aas nächstes, wenn der Takt-Zyklus nach dem Kompressionstakt in der Verbrennungskammer 5 90° erreicht, wird ein anderer Expansionstakt (b) aufgrund der Explosion in der Verbrennungskammer 5 erzeugt, so dass der erste R-Kolben 6 gedrückt wird und die Verbindungsstange 6a, die damit verbunden ist, der rotierenden Kurbelwelle 12 eine Rotationskraft hinzufügt.
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Die Kurbelwelle 12, die wie oben beschrieben mittels des Expansionstaktes (b) in der Verbrennungskammer 5 rotiert wird, betreibt die Verbindungsstange 4a, die damit verbunden ist, und die Verbindungsstange 4a drückt den ersten L-Kolben 4, der damit verbunden ist, so dass ein Kompressionstakt zum Herausführen eines Abgases in der Verbrennungskammer 3 erzeugt wird.
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Wie oben beschrieben, da im ersten Linear-Verbrennungsmotor 2 die Expansionstakte bzw. Arbeitstakte (a, b) in den Verbrennungskammern 3 und 5 kontinuierlich bei 45° und 90° im gesamten Takt-Zyklus erzeugt werden, wird die Kurbelwelle 12 rotiert, und der erste Linear-Verbrennungsmotor 2 wird in einen ersten Ausgabezustand A versetzt.
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Dabei bedeutet der erste Ausgabezustand (A) eine Fahrtantriebsleistung für das Fahrzeug oder eine Stromerzeugungsleistung des Elektromotor/Generators 20.
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Allerdings behält der zweite Linear-Verbrennungsmotor 7 einen ersten Standby-Zustand bzw. Bereitschaftszustand B bei, ahne einen Expansionstakt bei 45° und 90° des gesamten Takt-Zyklus zu erzeugen.
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Der erste Standby-Zustand B bedeutet ein Zustand, in dem im zweiten Linear-Verbrennungsmotor 7 bei 45° des gesamten Takt-Zyklus ein Ansaugtakt zum Ansaugen von Luft und Kraftstoff in der Verbrennungskammer 8 erzeugt wird, während in der Verbrennungskammer 10 auf der gegenüberliegenden Seite ein Ausstoßtakt zum Herauslassen eines Abgases erzeugt wird, wobei bei 90° des gesamten Takt-Zyklus in der Verbrennungskammer 8 ein Ausstoßtakt zum Herausführen eines Abgases erzeugt wird, während in der Verbrennungskammer 10 ein Ansaug- bzw. Einlasstakt zum Ansaugen von Kraftstoff und Luft erzeugt wird.
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3B zeigt einen Prozess, bei dem der zweite Linear-Verbrennungsmotor 7 Explosionstakte bzw. Expansionstakte bei 135° und 180° erzeugen, wobei, wenn ein Expansionstakt (c) aufgrund von einer Explosion in der Verbrennungskammer 8 bei 135° des gesamten Takt-Zyklus bzw. Kreisprozesses erzeugt wird, der zweite L-Kolben 9 der Verbrennungskammer 8 geschoben bzw. gedrückt wird und die Verbindungsstange 9a, die damit verbunden ist, der Kurbelwelle 12 eine Rotationskraft hinzufügt.
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Die Kurbelwelle 12, die wie oben beschrieben rotiert wird, betreibt bzw. betätigt die Verbindungsstange 11a, die damit verbunden ist, und die Verbindungsstange 11a drückt den zweiten R-Kolben 11, der damit verbunden ist, so dass ein Kompressionstakt zum Herausführen eines Abgases in der Verbrennungskammer 10 erzeugt wird.
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Als nächstes, wenn der Takt-Zyklus nach dem Kompressionstakt in der Verbrennungskammer 10 180° erreicht, wird ein anderer Expansionstakt (d) aufgrund der Explosion in der Verbrennungskammer 10 erzeugt, so dass der zweite R-Kolben 11 gedrückt wird und die Verbindungsstange 11a, die damit verbunden ist, der rotierenden Kurbelwelle 12 eine Rotationskraft hinzufügt.
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Die Kurbelwelle 12, die wie oben beschrieben mittels des Expansionstaktes (d) in der Verbrennungskammer 10 rotiert, betreibt die Verbindungsstange 9a, die damit verbunden ist, und die Verbindungsstange 9a drückt den zweiten L-Kolben 9, der damit verbunden ist, so dass ein Kompressionstakt zum Herausführen eines Abgases in der Verbrennungskammer 8 erzeugt wird.
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Wie oben beschrieben, da im zweiten Linear-Verbrennungsmotor 7 die Expansionstakte bzw. Arbeitstakte (c, d) in den Verbrennungskammern 8 und 10 kontinuierlich bei 135° und 180° des gesamten Takt-Zyklus erzeugt werden, wird die Kurbelwelle 12 rotiert, und der zweite Linear-Verbrennungsmotor 7 wird in einen zweiten Ausgabezustand D versetzt.
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Dabei bedeutet der zweite Ausgabezustand (D) eine Fahrtantriebsleistung für das Fahrzeug oder eine Stromerzeugungsleistung des Elektromotor/Generators 20.
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Auf der anderen Seite behält der erste Linear-Verbrennungsmotor 2 einen zweiten Standby-Zustand bzw.
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Bereitschaftszustand C bei, ohne einen Expansionstakt bei 135° und 180° des gesamten Takt-Zyklus zu erzeugen.
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Der zweite Standby-Zustand C bedeutet einen Zustand, in dem im ersten Linear-Verbrennungsmotor 2 bei 135° des gesamten Takt-Zyklus ein Ansaugtakt zum Ansaugen von Luft und Kraftstoff in der Verbrennungskammer 3 erzeugt wird, während in der Verbrennungskammer 5 auf der gegenüberliegenden Seite ein Ausstoßtakt zum Herauslassen eines Abgases erzeugt wird, wobei bei 180° des gesamten Takt-Zyklus in der Verbrennungskammer 3 ein Ausstoßtakt zum Herausführen eines Abgases erzeugt wird, während in der Verbrennungskammer 5 ein Ansaug- bzw. Einlasstakt zum Ansaugen von Kraftstoff und Luft erzeugt wird.
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Daher ist es möglich, eine Batterie mit großer Kapazität mithilfe der Stromerzeugungsleistung des Elektromotor/Generators 20 ausreichend aufzuladen.
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4 zeigt ein Flussdiagramm der Steuerung eines ersten und eines zweiten Linear-Verbrennungsmotors 2 und 7 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Sobald die Operationslogik eines Verbrennungsmotors ausgeführt wird, wie in Schritt S10, werden zunächst die Drehzahl und die Temperatur des Verbrennungsmotors überprüft und dann, ob eine HCCI(homogenen Kompressionszündung)-Betriebsbedingung erfüllt ist, in Schritt S20.
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Die HCCI ist ein Verbrennungsverfahren bzw. steuerverfahren, das einen hohen Wirkungsgrad eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung erreichen kann, wobei nur geringe Mengen an Stickoxiden NOx und Partikel PM erzeugt werden, indem ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird, wobei eine Reaktion und eine Verbrennung im gesamten Bereich der Verbrennungskammern erzeugt werden, indem ein Gemisch aus verfeinertem Kraftstoff und Luft in die Verbrennungskammer angesaugt und darin verdichtet werden.
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Die HCCI-Betriebsbedingung, die im Schritt S20 überprüft wird, ist als ein Betriebsbereich mit einem hohen Wirkungsgrad in der Leistung (bzw. der Stromerzeugungsleistung) zu verstehen, in dem die gesamte Verbrennungsmotorleistung nicht als Fahrtantriebsleistung, sondern als Stromerzeugungsleistung des Elektromotor/Generators 20 genutzt wird.
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Allerdings, wenn als ein Ergebnis der Überprüfung in Schritt S20 die HCCI-Betriebsbedingung nicht erfüllt ist, wird in Schritt S21 überprüft, ob eine Stromerzeugungsbedingung erfüllt ist. Wenn die Stromerzeugungsbedingung nicht erfüllt ist, wird in Schritt S211 überprüft, ob eine Startbedingung erfüllt ist.
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Die Steuerung zum Starten des Verbrennungsmotors wird in Schritt S70 ausgeführt, wenn in Schritt S21 die Stromerzeugungsbedingung vorliegt und (bzw. oder) in Schritt S211 die Startbedingung vorliegt.
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Der Start wird mittels eines Elektromotors, der in dem Elektromotor/Generator 20 montiert ist, ausgeführt.
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Allerdings, wenn die Startbedingung in Schritt S211 nicht vorliegt, wird in Schritt S80 ein Betriebsstopp-Zustand implementiert, was eine Beendigung und eine Initialisierung der ganzen Steuerungslogik bedeutet.
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Wenn unterdessen als ein Resultat der Überprüfung in Schritt S20 die HCCI-Betriebsbedingung erfüllt ist, wird in Schritt s30 ein HCCI-artiger bzw. -basierter Betrieb durchgeführt, wobei die Takt-Zyklen des ersten und des zweiten Linear-Verbrennungsmotors 2 und 7 gesteuert bzw. geregelt werden.
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5 zeigt die Takt-Zyklen des ersten und des zweiten Linear-Verbrennungsmotors 2 und 7 im Betrieb nach dem HCCI-Typ.
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Wie in 5 gezeigt, werden im ersten Linear-Verbrennungsmotor 2 der Expansionstakt (a) und der Expansionstakt (b) kontinuierlich bei 45° bzw. 90° des gesamten Takt-Zyklus in der Verbrennungskammer 3 bzw. der Verbrennungskammer 5 erzeugt, so dass die Kurbelwelle 12 rotiert wird, wobei im zweiten Linear-Verbrennungsmotor 7 der Expansionstakt (c) und der Expansionstakt (d) kontinuierlich bei 135° bzw. 180° des gesamten Takt-Zyklus in der Verbrennungskammer 8 bzw. der Verbrennungskammer 10 erzeugt werden, so dass die Kurbelwelle 12 rotiert wird.
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Daher werden in den vier Verbrennungskammern 3, 5, 8 und 10 bei einem Zyklus von 180° die Expansionstakte (a, b, c und d) im Viertakt-Zyklus-Linear-Verbrennungsmotor 1 erzeugt, bei dem der erste Linear-Verbrennungsmotor 2 und der zweite Linear-Verbrennungsmotor 7 parallel angeordnet bzw. geschaltet sind, so dass eine Stromerzeugungsleistung des Elektromotor/Generators 20 und eine Leistung zum Aufrechterhalten des Verbrennungszyklus erzeugt werden können.
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Dementsprechend kann der Elektromotor/Generator 20 eine ausreichende Leistungskapazität zum Aufladen einer Batterie von großer Kapazität aufweisen.
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Als nächstes ist der Schritt S40 ein Prozess der Bestimmung, ob die Verbrennungsmotorbetriebsbedingung verändert werden soll, indem der Stromerzeugungszustand des Elektromotor/Generators 20 während der HCCI-Betriebssteuerung sowie der Stabilitätszustand der Frequenz des Elektromotor/Generators 20 überprüft werden für den Prozess.
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Wenn der Frequenzstabilitätszustand des Elektromotor/Generators 20 als ein Resultat der Bestimmung im Schritt S41 nicht gehalten wird, wird die HCCI-Betriebssteuerung durchgeführt mittels Veränderung der Verbrennungsmotorbetriebsbedingung in Schritt S41, und dann wird der Frequenzstabilitätszustand des Elektromotor/Generators 20 gemäß der neu durchgeführten HCCI-Betriebssteuerung überprüft, wie in Schritt S411 gezeigt.
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Eine Veränderung der Verbrennungsmotorbetriebsbedingung bedeutet, dass Verbrennungsmotorkorrekturfaktoren, wie z. B. ein Einspritzzeitpunkt und eine Kraftstoffmenge, verändert und neu angewandt werden.
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Wenn als ein Ergebnis der Überprüfung in Schritt S411 feststeht, dass die Frequenz des Elektromotor/Generators 20 den stabilen Zustand nicht gehalten wird, wird der Betrieb in Schritt S80 beendet.
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Dies bedeutet eine Beendigung und eine Initialisierung der gesamten Steuerungslogik.
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Im Gegensatz dazu, wenn als ein Ergebnis der Überprüfung in Schritt S411 feststeht, dass die Frequenz des Elektromotor/Generators 20 den stabilen Zustand hält, wird die HCCI-Betriebssteuerung fortgesetzt korrespondierend zu der Verbrennungsmotorbetriebsbedingung, die neu angewandt worden ist.
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Auf der anderen Seite, wenn als ein Ergebnis der Bestimmung in Schritt S40 feststeht, dass die Frequenz des Elektromotor/Generators 20 den stabilen Zustand hält, wird die HCCI-Betriebssteuerung fortgesetzt gemäß der momentan vorliegenden Verbrennungsmotorbetriebsbedingung, wie in Schritt S50 gezeigt.
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Da der Verbrennungsmotor unter der HCCI-Betriebssteuerung steht, wie oben beschrieben, ist der thermische Wirkungsgrad unter einer bestimmten Drehzahl sowie bei einer vorbestimmten Last, z. B. einer Teillast, im Vergleich zu einem Dieselmotor exzellent, obwohl die Linear-Verbrennungsmotoren 2 und 7 verwendet werden, und insbesondere ist durch Experimente nachgewiesen, dass es möglich ist, einen hohen Wirkungsgrad und eine geringe Emission mithilfe eines niedrigen Verdichtungsverhältnisses, einer mehrlöchrigen Düse und eines Zylinderkopfs mit einem geringen Drall zu erreichen.
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Die vorhergehenden Beschreibungen der spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zum Zweck der Darstellung und Beschreibung präsentiert worden. Sie sollen nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränkend verstanden werden. Es sind offensichtlich viele Modifikationen und Variationen möglich angesichts der obigen Lehre. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern und damit dem Fachmann die Herstellung und den Gebrauch der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie von deren zahlreichen Alternativen und Modifikationen zu ermöglichen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die angeführten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2011-0106291 [0001]