DE102012111861B4

DE102012111861B4 - Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102012111861B4
Application number: DE102012111861.2A
Authority: DE
Inventors: Myungsik Choi
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2022-07-14
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: CN103147850B; CN103147850A; US8839747B2; DE102012111861A1; US20130146020A1; KR20130063672A

Abstract

Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor aufweisendeinen Kraftstoff-Injektor (200), der Kraftstoff in Luft, die in eine Verbrennungskammer (291) zugeführt ist oder zugeführt werden soll, einspritzt,einen Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210), der ein Hohe-Temperatur-Medium in die Verbrennungskammer (291) hinein einspritzt, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu erhöhen,einen Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220), der ein Niedrige-Temperatur-Medium in die Verbrennungskammer (291) hinein einspritzt, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu verringern, undeinen Kolben (298), der in der Verbrennungskammer (291) angeordnet ist, um sich darin verschiebbar zu bewegen, und der die Gas-Expansion-Energie oder die Gas-Kontraktion-Energie in kinetische Energie umwandelt,wobei der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) oder der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) den Druck in der Verbrennungskammer (291) erhöht oder verringert, um Leistung zu erzeugen,der Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor ferner aufweisend:einen Wärmetauscher (230), der an einer Abgasleitung (222), durch die ein Abgas strömt, angeordnet ist und der über eine erste Leitung (251) mit dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) fluid-verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (230) dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) über die erste Leitung (251) das Hohe-Temperatur-Medium zuführt, undeine Medium-Pumpe (250), die über eine zweite Leitung (254) mit dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) fluid-verbunden ist und die dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) das Niedrige-Temperatur-Medium über die zweite Leitung (254) zuführt, undein Reservoir (240), das an der zweiten Leitung (254) zwischen der Medium-Pumpe (250) und dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) angeordnet ist, um das Niedrige-Temperatur-Medium zeitweise zu speichern.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Komposit-Leistungszyklus-Motor (zum Beispiel -Verbrennungsmotor) der Energie, die zur Außenseite/Umgebung ausgestoßen wird, wiederbenutzt, um die Energieeffizienz zu verbessern und um den Verbrauch an fossilem Kraftstoff zu verringern, um die Betriebskosten zu verringern.
Beschreibung der bezogenen Technik
Im Allgemeinen mischt ein Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs einen fossilen Kraftstoff mit Luft und verbrennt diese Mischung, um Rotationsenergie zu erzeugen.
Jedoch wird von der maximal möglichen Energie, die aus dem Kraftstoff erzeugt werden kann, nur etwa 30 % (als Rotationsenergie) benutzt, wobei etwa 30 % verschwendet wird wegen Kraftstoff, der nicht verbrannt wird, sondern (unverbrannt) ausgestoßen wird, 30 % als Wärmeenergie verloren geht und etwa 10 % als Reibungsenergie verloren geht.
Daher wurde ein Komposit-Leistungszyklus, der den Energieverlust wesentlich verringern kann, erforscht.
Insbesondere, in einem der Forschungs/Test-Systeme, wird das Abgas des Motors benutzt, um Dampf mit hoher Temperatur zu erzeugen, und der Dampf dreht eine Turbine, um verlorene Energie wiederzugewinnen, aber dieses Energie-Wiedergewinnungssystem benötigt teure Bauteile wie zum Beispiel einen Turbinen-Generator, der das System komplexer macht.
Die vorstehenden Informationen, die in diesem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung“ offenbart werden, dienen nur zur Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrund der Erfindung und sollten nicht als eine Bestätigung oder irgend eine Form von Andeutung verstanden werden, dass diese Informationen den Stand der Technik, wie er einem Fachmann schon bekannt ist, bilden.
Ferner offenbart die WO 2010 / 030 864 A2 einen Hybrid-Verbrennungsmotor mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder angeordneten Kolben, wobei der Kolben so konstruiert und angeordnet ist, dass er sich in dem Zylinder hin- und herbewegt, und einer Brennkammer, die durch den Zylinder und die Oberseite des Kolbens definiert ist, wobei der Hybrid-Verbrennungsmotor auch einen Abgaskrümmer und einen im Abgaskrümmer angeordneten Wärmetauscher aufweist, wobei eine zwischen dem Wärmetauscher und einem Fluidreservoir angeordnete Pumpe dazu vorgesehen ist, Fluid vom Reservoir zum Wärmetauscher zu fördern, wodurch das Fluid im Wärmetauscher erwärmt und in Hochdruckgas umgewandelt wird, wenn die Verbrennungsgase aus der Brennkammer über den Abgaskrümmer ausgelassen werden, wobei das resultierende Hochdruckgas dann in die Brennkammer eingeführt wird, um einen Hochdruckgas-Krafthub bereitzustellen.
Außerdem ist aus der CH 699 696 A2 ein Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Hubkolben-Verbrennungsmotors, bei dem die Abwärme eines Hubkolben-Verbrennungsmotors zur weiteren Gewinnung mechanischer Energie genutzt wird, um die Wärmeverluste zu verringern, wobei die Abwärme in den Verbrennungsräumen und in den die Verbrennungsräume umgebenden Wandungen dazu genutzt wird, ein Expansionsmittel in den Verbrennungsräumen zur Expansion zu bringen und den Kolben im Zylinder zu bewegen, wobei zwischen zwei Arbeitszyklen, in welchen Treibstoff verbrennt wird, in einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Zyklen ein Expansionsmittel anstelle des Treibstoffs in den Brennraum des warmgelaufenen Motors eingespritzt wird, wobei die eingespritzte Menge an Expansionsmittel über einen Thermostat gesteuert wird und die Abgase aus der Verbrennung von Kraftstoff und die Abgase aus der Expansion des Expansionsmittels über getrennte Abgaskanäle weggeleitet werden.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung zielen darauf ab, einen Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor (z.B. Kombinations-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor) bereitzustellen, der die Vorteile hat, dass die Effizienz verbessert ist durch das Benutzen der Wärmeenergie, die über das Abgas verloren geht, dass die Menge an Abgas (zum Beispiel auch die Toxizität davon) verringert ist, und dass das System vereinfacht ist.
Hierzu stellt die vorliegende Erfindung ein Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und ein Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotoren sind in den abhängigen Ansprüchen sowie nachfolgend beschrieben.
Eine Mehrzahl von Zylindern kann aufweisen einen aktivierten Zylinder, dessen Kraftstoff-Injektor betrieben wird (bzw. einen Zylinder, der aktiviert ist, weil die entsprechende Kraftstoff-Einspritzvorrichtung betrieben wird/aktiviert ist), und einen deaktivierten Zylinder, dessen Kraftstoff-Injektor nicht betrieben wird (bzw. einen Zylinder, der deaktiviert ist, weil die entsprechende Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nicht betrieben wird/deaktiviert ist), wobei der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor und/oder der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor in dem deaktivierten Zylinder angeordnet sind/ist, um betrieben zu werden (z.B. dort auch betrieben wird/werden).
Das Hohe-Temperatur-Medium des Hohe-Temperatur-Medium-Injektors kann Hoch-Temperatur-Dampf (Dampf, der eine hohe Temperatur hat) sein, und das Niedrige-Temperatur-Medium kann Feuchtigkeit (z.B. Dampf, z.B. Nassdampf, z.B. Wasser-Dampf-Gemisch, z.B. Wasser im flüssigen Phasenzustand, z.B. H₂O-Moleküle) mit niedriger Temperatur sein, die eine niedrigere Temperatur als der Hoch-Temperatur-Dampf haben kann.
Der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor und der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor werden optional nicht betrieben, während der Kraftstoff-Injektor betrieben wird (d.h. z.B. der entsprechende Zylinder aktiviert ist).
Die Medium-Pumpe kann über eine dritte Leitung mit dem Wärmetauscher fluid-verbunden sein und dem Wärmetauscher das Medium, das eine niedrige Temperatur hat, über die dritte Leitung zuführen (bzw. diesem das Medium zur Verfügung stellen), so dass das Medium, das eine niedrige Temperatur hat, in das Medium, das eine hohe Temperatur hat, umgewandelt/überführt wird (z.B. durch Wärmezufuhr aus dem Abgas).
Das Medium, das eine niedrige Temperatur hat (bzw. wenn es eine niedrige Temperatur hat), kann Wasser (z.B. im flüssigen Phasenzustand) aufweisen.
Das Hohe-Temperatur-Medium und das Niedrige-Temperatur-Medium können Wasser und/oder Dampf aufweisen.
Der Kraftstoff-Injektor kann Benzin oder Diesel einspritzen, und der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor bzw. der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor können ein Medium (d.h. das gleiche Medium) einspritzen, das jeweils eine unterschiedliche Temperatur hat und Feuchtigkeit (H₂O-Moleküle) aufweist.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Komposit-Leistungszyklus-System nach Anspruch 11 und ein weiteres Komposit-Leistungszyklus-System nach Anspruch 12 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Komposit-Leistungszyklus-Systeme sind in den abhängigen Ansprüchen sowie nachfolgend beschrieben.
Eine Mehrzahl von Zylindern kann aufweisen einen aktivierten Zylinder, dessen Kraftstoff-Injektor betrieben wird, und einen deaktivierten Zylinder, dessen Kraftstoff-Injektor nicht betrieben wird, wobei der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor und/oder der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor in dem deaktivierten Zylinder angeordnet sind/ist und betrieben wird (bzw. um betrieben zu werden).
Der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor kann Hoch-Temperatur-Dampf in den Zylinder einspritzen, und der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor kann Feuchtigkeit, die eine niedrigere Temperatur als der Hoch-Temperatur-Dampf hat, in den Zylinder hinein einspritzen.
Der Kraftstoff-Injektor kann Benzin oder Diesel einspritzen, wobei der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor bzw. (z.B. und) der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor ein Medium einspritzt(en), das jeweils eine unterschiedliche Temperatur hat, einschließlich Feuchtigkeit.
Die vorliegende Erfindung benutzt ein Medium, wie zum Beispiel Wasser, um Energie, die über das Abgas verloren geht, wieder zu gewinnen, und spritzt das Medium als Dampf (das heißt (zumindest teilweise) dem Gas-Phasenzustand) in einen Verbrennungszylinder ein, um die verlorene Energie effektiv als kinetische Energie wiederzugewinnen.
Die Vorrichtung in der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, die aus den begleitenden Zeichnungen, diktieren aufgenommen sind, und der folgenden ausführlichen Beschreibung, die zusammen dazu dienen bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder in diesen detailliert ausgeführt sind.
Figurenliste

Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die aktivierte Zylinder und deaktivierte Zylinder in einem Komposit-Leistungszyklus-Motor gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die 2 zeigt eine partielle innere Schnittansicht, die einen Komposit-Leistungszyklus-Motor gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Die 3 zeigt ein schematisches Diagramm eines Komposit-Leistungszyklus-Motors gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Es muss verstanden werden, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung von zahlreichen Merkmalen, die veranschaulichend sind für die Grundprinzipien der Erfindung, zeigen bzw. zeigen können. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, inklusive, zum Beispiel spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Positionen und Formen, werden teilweise durch die im speziellen angedachte Anwendung und Nutzungsumgebung bestimmt.
In den Figuren beziehen sich durchgehend durch alle Figuren gleiche Bezugszeichen auf die gleichen oder wesensgleiche/äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit exemplarischen Ausführungsformen beschrieben wird, wird verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese exemplarischen Ausführungsformen einzuschränken. Im Gegenteil, die Erfindung ist dazu gedacht, um nicht nur die exemplarischen Ausführungsformen abzudecken, sondern auch zahlreiche Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist, enthalten sind.
Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden detailliert beschrieben mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die aktivierte Zylinder und die deaktivierte Zylinder in einem Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf die 1 weist ein Motor auf einen ersten Zylinder 101, einen zweiten Zylinder 102, einen dritten Zylinder 103, einen vierten Zylinder 104, einen fünften Zylinder 105, einen sechsten Zylinder 106, einen siebten Zylinder 107 und einen achten Zylinder 108.
In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Nummern der Zylinder zur einfacheren Beschreibung willkürlich gewählt, und die Reihenfolge der Zylinder und die Bezugszeichen können auch unterschiedlich gewählt sein.
Wie es gezeigt ist, sind alle Zylinder in einem V8-Modus aktiviert, und der vierte Zylinder 104 und der sechste Zylinder 106 sind in einem V6-Modus deaktiviert.
Der zweite Zylinder 102, der dritte Zylinder 103, der fünfte Zylinder 105 und der achte Zylinder 108 sind in einem V4-Modus deaktiviert. In einem Alle-Zylinder-Deaktivierung-Modus können alle Zylinder deaktiviert sein.
Der Zylinder-Deaktivierung(CDA, in der englischsprachigen Fachliteratur auch als „cylinder de-activation“ bezeichnet)-Modus verwirklicht einen Zustand, in dem Kraftstoff (zum Beispiel Benzin oder Dieselkraftstoff) nicht in alle Zylinder eingespritzt wird, so dass manche der Zylinder deaktiviert sind und die übrigen Zylinder aktiviert sind. Dementsprechend kann unnötiger Kraftstoffverbrauch verringert sein, wenn eine Last (Auslastung) des Motors niedrig ist.
Obwohl manche Zylinder deaktiviert sind, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, geht der Kraftstoff bzw. die Energie, der/die in die aktivierten Zylinder eingespritzt wird, als Wärmeenergie des Abgases verloren, und daher kann die verlorene Energie als kinetische Energie wieder gewonnen werden.
Mit Bezug auf die 2 und 3 wird dieses Verfahren detaillierter erklärt.
Die 2 zeigt eine partielle innere Schnittansicht, die einen Komposit-Leistungszyklus-Motor gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Mit Bezug auf 2 weist ein Verbrennungsmotor auf eine Verbrennungskammer (Brennraum) 291, die aktiviert oder deaktiviert sein bzw. werden kann, einen Kolben 298, einen Kraftstoff-Injektor 200, einen Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210, eine Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220, einen Wärmetauscher 230, eine Medium-Pumpe 250, ein Reservoir 240, einen Kondensierer 260, eine erste Leitung 251, eine zweite Leitung 254, eine dritte Leitung 256 und eine vierte Leitung 258, die die Verbrennungskammer 291 betreffen.
Der Verbrennungsmotor weist ferner auf ein Einlassventil und ein Auslassventil, die (bzw. durch die) Einlass-Luft angesaugt bzw. Abgas ausgelassen/ausgestoßen wird.
In den Zeichnungen ist eine (einzige) Verbrennungskammer 291 dargestellt, aber wie es in der 1 gezeigt ist, kann für jeden Zylinder eine korrespondierende Verbrennungskammer 291 angeordnet sein, und das Abgas, das mit dem Kraftstoff verbrannt wurde bzw. durch die Verbrennung des Kraftstoffs mit Luft entstanden ist, wird durch eine Ausstoßleitung (Abgasleitung) 222 ausgestoßen.
Der Wärmetauscher 230 ist in bzw. an der Abgasleitung 222 angeordnet und benutzt die Wärme des Abgases, um ein Medium, wie zum Beispiel Wasser, zu erwärmen.
Der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220 ist in einem oberen mittleren Abschnitt der Verbrennungskammer 291 angeordnet, und der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 ist an einer Seite davon (der Verbrennungskammer; zum Beispiel einer Seite des oberen Abschnitts davon) angeordnet. Der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 ist mit dem Wärmetauscher 230 verbunden, um ein Medium mit hoher Temperatur (ein Medium, das eine hohe Temperatur hat) zu empfangen.
Die Medium-Pumpe 250 pumpt das Medium durch/über eine dritte Leitung 256 zu dem Wärmetauscher 230, und der Wärmetauscher 230 führt ein Medium, wie zum Beispiel Dampf mit hoher Temperatur, über die erste Leitung 251 dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 zu.
Die Medium-Pumpe 250 führt dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220 durch/über die zweite Leitung 254 ein Medium mit niedriger Temperatur zu, und das Reservoir 240 ist an der zweiten Leitung 254 angeordnet, um das Medium zeitweise zu speichern (und kann dazu mit der zweiten Leitung 254 verbunden sein).
Wie es gezeigt ist, führt die Medium-Pumpe 250 dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 das Medium, das eine hohe Temperatur hat, über die dritte Leitung 256, den Wärmetauscher 230 und die erste Leitung 251 zu, und führt dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220 das Medium, das eine niedrige Temperatur hat, über das Reservoir 240 und die zweite Leitung 254 zu.
Der Kondensierer ist in Flussrichtung stromabwärts von dem Wärmetauscher 230 an/in der Abgasleitung 222 angeordnet, um das Medium des Abgases (z.B. das Medium, das in dem Abgas enthalten ist) zu kondensieren, und empfängt ein Medium, das eine niedrige Temperatur hat, von der Medium-Pumpe 250.
Der Kraftstoff-Injektor 200 ist auf/in/an der Einlassleitung, die mit der Verbrennungskammer 291 verbunden ist, angeordnet. Während der Kraftstoff-Injektor 200 Benzin oder Dieselkraftstoff einspritzt, spritzen der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 und der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220 das Medium in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht ein.
Wenn jedoch der Kraftstoff-Injektor 200 Kraftstoff nicht einspritzt (keinen Kraftstoff einspritzt) und deaktiviert ist, können der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 oder der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220 das Medium, das eine hohe Temperatur hat, und (z.B. bzw.) das Medium, das eine niedrige Temperatur hat, einspritzen.
Dampf, der eine hohe Temperatur hat und der mittels des Hohe-Temperatur-Medium-Injektors 210 eingespritzt wird, erhöht den Druck in der Verbrennungskammer 291, um durch die Herabbewegung des Kolbens 298 kinetische Energie zu erzeugen, und das Medium, das eine niedrige Temperatur hat und mittels des Niedrige-Temperatur-Medium-Injektors 220 eingespritzt wird, verringert den Druck in der Verbrennungskammer 291, um es dem Kolben aufgrund der Druckverringerung in der Verbrennungskammer 291 zu ermöglichen, sich (effizienter) herauf zu bewegen (die Richtungsangaben beziehen sich hier auf die Richtungen in der 2).
Die 3 zeigt ein schematisches Diagramm eines Komposit-Leistungszyklus-Motors gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 3 steuert eine Steuereinrichtung 300 den Kraftstoff-Injektor 200, den Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210, den Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220 und die Medium-Pumpe 250. Die Steuereinrichtung 300 detektiert den Betriebszustand (zum Beispiel Fahr-Zustand, Antriebszustand) des Verbrennungsmotors und deaktiviert (oder aktiviert) jeden Zylinder gemäß dem detektierten Betriebszustand.
Das Verfahren, bei dem bzw. mittels dessen die Zylinder deaktiviert werden, ist dem Fachmann bekannt, daher wird die detaillierte Beschreibung davon in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgelassen.
Die Steuereinrichtung 300 wählt einen Zylinder, der deaktiviert werden soll, gemäß dem Betriebszustand des Motors aus und steuert den Kraftstoff-Injektor 200 so, dass kein Kraftstoff (in diesen Zylinder) eingespritzt wird.
Die Steuereinrichtung 300 steuert ferner den Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 und den Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220 so, dass das Medium, das eine hohe Temperatur hat, und das Medium, das eine niedrige Temperatur hat, wahlweise in einer vorbestimmten Menge zu einem vorbestimmten Zeitpunkt (bzw. vorbestimmten Zeitpunkten) in den deaktivierten Zylinder eingespritzt werden.
Das Medium, das mittels des Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 eingespritzt wird, wird durch die Wärme der Zylinderwand der Verbrennungskammer 291 expandiert, um dem Kolben dabei zu helfen, sich in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung herab (abwärts) zu bewegen.
Das Medium, das mittels des Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220 eingespritzt wird, kann das Gasgemisch in der Verbrennungskammer 291 abkühlen, was dort zu einer Verringerung des Volumens (niedrigerer Druck) führt, und es dadurch dem Kolben 298 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglichen, sich effizienter herauf zu bewegen.
Das Medium, das mittels des Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 oder des Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220 ein gespritzt wird, wird durch die Wärme der Zylinderwand der Verbrennungskammer 291 expandiert, um dem Kolben dabei zu helfen, sich in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung herab (abwärts) zu bewegen. Ferner kann der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 Dampf (zum Beispiel Wasserdampf), der eine hohe Temperatur hat, in die Verbrennungskammer 291 hinein einspritzen.
Der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor 210 und der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor 220 können das Medium, das zum Beispiel Dampf oder (z.B. beziehungsweise) Wasser aufweisen oder sein kann, gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einspritzen.
Zur Vereinfachung der Erklärung und zur genauen Definition in den angehängten ansprechen werden die Begriffe „oberer“, „unterer“, „innerer“, „unterer“, „oben“, unten‟, „herauf“, „herab“ und ähnliche Positionsangaben benutzt, um die Merkmale der exemplarischen Ausführungsformen mit Bezug auf die Position dieser Merkmale, wie sie in den Figuren dargestellt sind, zu beschreiben.
Die vorausgegangene Beschreibung von spezifischen exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung gemacht. Die exemplarischen Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, um es so anderen Fachleuten zu ermöglichen, zahlreiche exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen dieser, herzustellen und zu benutzen. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche, die hier angehängt sind, und deren Äquivalente definiert ist.

Claims

Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor aufweisend einen Kraftstoff-Injektor (200), der Kraftstoff in Luft, die in eine Verbrennungskammer (291) zugeführt ist oder zugeführt werden soll, einspritzt, einen Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210), der ein Hohe-Temperatur-Medium in die Verbrennungskammer (291) hinein einspritzt, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu erhöhen, einen Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220), der ein Niedrige-Temperatur-Medium in die Verbrennungskammer (291) hinein einspritzt, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu verringern, und einen Kolben (298), der in der Verbrennungskammer (291) angeordnet ist, um sich darin verschiebbar zu bewegen, und der die Gas-Expansion-Energie oder die Gas-Kontraktion-Energie in kinetische Energie umwandelt, wobei der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) oder der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) den Druck in der Verbrennungskammer (291) erhöht oder verringert, um Leistung zu erzeugen, der Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor ferner aufweisend: einen Wärmetauscher (230), der an einer Abgasleitung (222), durch die ein Abgas strömt, angeordnet ist und der über eine erste Leitung (251) mit dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) fluid-verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (230) dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) über die erste Leitung (251) das Hohe-Temperatur-Medium zuführt, und eine Medium-Pumpe (250), die über eine zweite Leitung (254) mit dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) fluid-verbunden ist und die dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) das Niedrige-Temperatur-Medium über die zweite Leitung (254) zuführt, und ein Reservoir (240), das an der zweiten Leitung (254) zwischen der Medium-Pumpe (250) und dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) angeordnet ist, um das Niedrige-Temperatur-Medium zeitweise zu speichern.
Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor aufweisend einen Kraftstoff-Injektor (200), der Kraftstoff in Luft, die in eine Verbrennungskammer (291) zugeführt ist oder zugeführt werden soll, einspritzt, einen Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210), der ein Hohe-Temperatur-Medium in die Verbrennungskammer (291) hinein einspritzt, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu erhöhen, einen Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220), der ein Niedrige-Temperatur-Medium in die Verbrennungskammer (291) hinein einspritzt, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu verringern, und einen Kolben (298), der in der Verbrennungskammer (291) angeordnet ist, um sich darin verschiebbar zu bewegen, und der die Gas-Expansion-Energie oder die Gas-Kontraktion-Energie in kinetische Energie umwandelt, wobei der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) oder der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) den Druck in der Verbrennungskammer (291) erhöht oder verringert, um Leistung zu erzeugen, der Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor ferner aufweisend: einen Wärmetauscher (230), der an einer Abgasleitung (222), durch die ein Abgas strömt, angeordnet ist und der über eine erste Leitung (251) mit dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) fluid-verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (230) dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) über die erste Leitung (251) das Hohe-Temperatur-Medium zuführt, eine Medium-Pumpe (250), die über eine zweite Leitung (254) mit dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) fluid-verbunden ist und die dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) das Niedrige-Temperatur-Medium über die zweite Leitung (254) zuführt, und einen Kondensierer (260), der an oder in der Abgasleitung (222) in Flussrichtung nach dem Wärmetauscher (230) angeordnet ist, wobei der Kondensierer (260) das Niedrige-Temperatur-Medium, das von der Medium-Pumpe (250) zugeführt wird, benutzt, um die Feuchtigkeit, die in dem Abgas enthalten ist, zu kondensieren.
Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Mehrzahl von Zylindern (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108) aufweist einen aktivierten Zylinder, dessen Kraftstoff-Injektor (200) betrieben wird, und einen deaktivierten Zylinder, dessen Kraftstoff-Injektor (200) nicht betrieben wird, wobei der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) oder der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) in dem deaktivierten Zylinder angeordnet ist und betrieben wird.
Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Hohe-Temperatur-Medium des Hohe-Temperatur-Medium-Injektors (210) Hoch-Temperatur-Dampf ist, und wobei das Niedrige-Temperatur-Medium Feuchtigkeit mit niedriger Temperatur ist, die eine niedrigere Temperatur als der Hoch-Temperatur-Dampf hat.
Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) und der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) nicht betrieben werden, während der Kraftstoff-Injektor (200) betrieben wird.
Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Medium-Pumpe (250) über eine dritte Leitung (256) mit dem Wärmetauscher (230) fluid-verbunden ist und dem Wärmetauscher (230) das Niedrige-Temperatur-Medium über die dritte Leitung (256) so zuführt, dass das Niedrige-Temperatur-Medium in das Hohe-Temperatur-Medium umgewandelt wird.
Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 6, wobei das Medium, das eine niedrige Temperatur hat, Wasser aufweist.
Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Hohe-Temperatur-Medium und das Niedrige-Temperatur-Medium Wasser oder Dampf aufweisen.
Komposit-Leistungszyklus-Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Kraftstoff-Injektor (200) Benzin oder Diesel einspritzt, und wobei der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) und der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) ein Medium einspritzen, das jeweils eine unterschiedliche Temperatur hat und Wasser aufweist.
Komposit-Leistungszyklus-System aufweisend einen Kraftstoff-Injektor (200) der Kraftstoff in Luft, die in eine Verbrennungskammer (291) zugeführt ist oder zugeführt werden soll, einspritzt, einen Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210), der ein Hohe-Temperatur-Medium in die Verbrennungskammer (291) hinein einspritzt, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu erhöhen, einen Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220), der ein Niedrige-Temperatur-Medium in die Verbrennungskammer (291) hinein einspritzt, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu verringern, und einen Kolben (298), der in der Verbrennungskammer (291) angeordnet ist, um sich darin verschiebbar zu bewegen, und der die Gas-Expansion-Energie oder die Gas-Kontraktion-Energie in kinetische Energie umwandelt, und eine Steuereinrichtung (300), die den Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) und den Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) steuert, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu erhöhen oder zu verringern, um mittels des Kolbens (298) Leistung zu erzeugen, das Komposit-Leistungszyklus-System ferner aufweisend: einen Wärmetauscher (230), der an einer Abgasleitung (222), durch die ein Abgas strömt, angeordnet ist und der über eine erste Leitung (251) mit dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) fluid-verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (230) dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) über die erste Leitung (251) das Hohe-Temperatur-Medium zuführt, und eine Medium-Pumpe (250), die über eine zweite Leitung (254) mit dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) fluid-verbunden ist und die dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) das Niedrige-Temperatur-Medium über die zweite Leitung (254) zuführt, und ein Reservoir (240), das an der zweiten Leitung (254) zwischen der Medium-Pumpe (250) und dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) angeordnet ist, um das Niedrige-Temperatur-Medium zeitweise zu speichern.
Komposit-Leistungszyklus-System aufweisend einen Kraftstoff-Injektor (200) der Kraftstoff in Luft, die in eine Verbrennungskammer (291) zugeführt ist oder zugeführt werden soll, einspritzt, einen Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210), der ein Hohe-Temperatur-Medium in die Verbrennungskammer (291) hinein einspritzt, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu erhöhen, einen Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220), der ein Niedrige-Temperatur-Medium in die Verbrennungskammer (291) hinein einspritzt, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu verringern, und einen Kolben (298), der in der Verbrennungskammer (291) angeordnet ist, um sich darin verschiebbar zu bewegen, und der die Gas-Expansion-Energie oder die Gas-Kontraktion-Energie in kinetische Energie umwandelt, und eine Steuereinrichtung (300), die den Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) und den Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) steuert, um den Druck in der Verbrennungskammer (291) zu erhöhen oder zu verringern, um mittels des Kolbens (298) Leistung zu erzeugen, das Komposit-Leistungszyklus-System ferner aufweisend: einen Wärmetauscher (230), der an einer Abgasleitung (222), durch die ein Abgas strömt, angeordnet ist und der über eine erste Leitung (251) mit dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) fluid-verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (230) dem Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) über die erste Leitung (251) das Hohe-Temperatur-Medium zuführt, eine Medium-Pumpe (250), die über eine zweite Leitung (254) mit dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) fluid-verbunden ist und die dem Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) das Niedrige-Temperatur-Medium über die zweite Leitung (254) zuführt, und einen Kondensierer (260), der an oder in der Abgasleitung (222) in Flussrichtung nach dem Wärmetauscher (230) angeordnet ist, wobei der Kondensierer (260) das Niedrige-Temperatur-Medium, das von der Medium-Pumpe (250) zugeführt wird, benutzt, um die Feuchtigkeit, die in dem Abgas enthalten ist, zu kondensieren
Komposit-Leistungszyklus-System gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei eine Mehrzahl von Zylindern (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108) aufweist einen aktivierten Zylinder, dessen Kraftstoff-Injektor (200) betrieben wird, und einen deaktivierten Zylinder, dessen Kraftstoff-Injektor (200) nicht betrieben wird, wobei der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) oder der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) in dem deaktivierten Zylinder angeordnet ist und betrieben wird.
Komposit-Leistungszyklus-System gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) Hoch-Temperatur-Dampf in den Zylinder (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108) einspritzt und der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) Feuchtigkeit, die eine niedrigere Temperatur als der Hoch-Temperatur-Dampf hat, in den Zylinder (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108) einspritzt.
Komposit-Leistungszyklus-System gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Kraftstoff-Injektor (200) Benzin oder Diesel einspritzt, und wobei der Niedrige-Temperatur-Medium-Injektor (220) oder der Hohe-Temperatur-Medium-Injektor (210) ein Medium einspritzt, das eine unterschiedliche Temperatur hat und Feuchtigkeit aufweist.