DE112006000996T5

DE112006000996T5 - Motor mit hin- und hergehender Drehung und Kraftübertragungsvorrichtung und Hybridsystem, die diesen verwenden

Info

Publication number: DE112006000996T5
Application number: DE112006000996T
Authority: DE
Inventors: Jin Whan Goyang Yim
Original assignee: Aden Ltd
Current assignee: Aden Ltd
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-04-21
Also published as: US7849822B2; JP2008538598A; JP4991701B2; KR101134649B1; US20090084345A1; CN100567766C; CN101163868A; DE112006000996B4; KR20060110615A; EP1877654A1; WO2006112671A1

Abstract

Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung mit
einem Motorblock, der im Inneren eine torusförmige Kammer und ein Paar von Querwänden aufweist und wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, die konzentrisch in der Mitte der Toruskammer angeordnet ist,
einer innerhalb der Toruskammer des Motorblocks vorgesehene Motorwelle, die mit einer Vielzahl von Kolben auf beiden Seiten einteilig ausgebildet ist,
einer Dichtplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen,
einer Einlass- und Auslassventilvorrichtung, die an der Dichtplatte angebracht ist und
eine Vielzahl von Einlass/Auslassventilen und Nockenwellen aufweist, die die Einlass/Auslassventile öffnen/schließen,
einer Einlass- und Auslassvorrichtung, die Gas in das Innere der Toruskammer ansaugt und aus der Toruskammer abführt, und
einer Abdeckung, die die Einlass- und Auslassventilvorrichtung und die Einlass- und Auslassvorrichtung schützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungserzeugung und einen Kraftübertragungsweg auf der Basis eines sich hin- und herbewegenden Rotationsmotors und eines Hybridsystems mit Verbrennungs- und Elektromotor. Insbesondere betrifft die Erfindung einen sich hin- und herbewegenden Rotationsmotor, der eine hin- und hergehende Drehbewegung erzeugt, wobei ein Kraftumwandler die hin- und hergehende Rotationsbewegung in eine einseitig gerichtete Drehbewegung umwandelt, und ein Hybridsystem, das diesen verwendet.
TECHNISCHES GEBIET
Ein herkömmlicher Zylindermotor erzeugt eine Leistung durch Umwandlung thermischer Energie aus einer Gasverbrennung in zylindrischen Kammern in eine hin- und hergehende geradlinige kinetische Energie. Die geradlinige Hin- und Herbewegung wird über eine Kurbeleinheit in eine vollständige Drehbewegung umgewandelt. Bei diesem Prozess tritt ein mechanischer Leistungsverlust aufgrund der Reibungen und Vibrationen auf, die durch die Wechsel der Bewegungsrichtungen verursacht werden.
Als ein Mittel zur Überwindung der vorstehenden Probleme werden Rotationsmotoren verwendet, die eine einseitig gerichtete Bewegung erzeugen können. Der einzige Rotationsmotor, der derzeit in einem Produktionsmodell angenommen wurde, ist der Wankelmotor, bei dem sich ein dreieckiger Rotor entlang einer Epitrochoide in einem Gehäuse bewegt. Bei dem Wankelmotor spielt jede Ecke eines Dreiecks die Rolle einer Gasdichtung beim Prozess des Einlassens, der Kompression, der Verbrennung und des Auslasses. In diesem Fall kann jedoch die erhöhte Reibung und die problematische Schmierung zwischen den Rotorecken und der Zylinderwand einen Abrieb der Rotorecke verursachen und daher kann sich die Gasdichtfunktion verschlechtern.
Aufgrund des Abtriebs der Rotorecken muss auch der Motor selbst periodisch ersetzt werden. Zu den typischen Wankelmotoren gehören solche, die in dem Französischen Patent Nr. 2498248 und dem Deutschen Patent 3521593 offenbart sind. Um die Probleme bei herkömmlichen Zylindermotoren zu lösen, wurden außer dem Wankelmotor viele andere Ansätze gemacht, insbesondere in Form eines Rotationsmotors mit hin- und hergehender Bewegung. Beispielsweise offenbarte das US Patent 829231 aus dem Jahre 1906 den Aufbau eines Rotationsmotors. Danach wurden Erfindungen an verschiedenen Typen von Rotationsmotoren in dem US Patent 1069936 , dem US Patent 4027475 , dem US Patent 5228414 etc. offenbart. Um diese Rotationsmotoren zu vermarkten, verbleiben jedoch viele schwierige Probleme, wie z. B. die Konstruktion des Aufbaus einer Verbrennungskammer und von Einlass/Auslassvorrichtungen, die für eine praktische Verwendung in Motoren mit hoher Leistung geeignet sind und die die hin- und hergehende Rotationsbewegung in eine vollständige Rotationsbewegung umwandeln.
Um das exzentrische Moment des Wankelmotors oder das hin- und hergehende Moment anderer Rotationsmotoren in ein vollständig konzentrisches Drehmoment umzuwandeln, muss andererseits die Kraftrichtung mechanisch geändert werden. Eine Kraftumwandlung, die nur mechanische Verfahren verwendet, ist jedoch aufgrund des Wechsels der Kraftrichtungen in Kraftübertragungswegen unvermeidlich von Reibungen und Vibrationen begleitet. Daher kann ein Kraftumwandlungssystem, das Elektromotoren verwendet, die im Hinblick auf eine Steuersicherheit und Effektivität zuverlässiger sind, als Ersatz zur Verbesserung der Effektivität im Vergleich mit existierenden Konzepten vorgeschlagen werden.
Bei Berücksichtigung der Umweltprobleme und des Wirkungsgrades wurde die Entwicklung eines Hybridmotors mit Verbrennungsmotor und Elektromotor als wesentliche Aufgabe in der Automobilindustrie erkannt. Derzeit befinden sich mehrere Arten von Hybridfahrzeugen in kommerzieller Produktion in Japan, der USA etc., und es hat sich herausgestellt, dass sie den Kraftstoffwirkungsgrad verbessern. Das Gesamtprinzip eines Hybridsystems ist ziemlich einfach. Das Hybridsystem dient zur Erhöhung des Kraftstoffwirkungsgrades durch wirksames Steuern der Leistung von einem Verbrennungsmotor und der Leistung von einem Elektromotor entsprechend den Antriebsbedingungen. Ein Hybridauto namens Prius der Toyota Company gilt als eines der erfolgreichsten Modelle unter den derzeit vertriebenen Hybridautomobilen, und es verwendet ein System, das „power splitter" genannt wird, für eine Verbin dung der Leistungen von einem Zylindermotor, einem Elektromotor und einem Generator, die reziprok mechanische Energie und elektrische Energie umwandeln, um hierdurch die Energie am wirksamsten verwenden zu können.
Obwohl es einige Unterschiede zwischen Produktionsmodellen gibt, basieren andere Systeme auch auf ähnlichen Prinzipien. Hybridsysteme, die einen Zylindermotor und einen Elektromotor verwenden, können sich voneinander durch die Art der Verbindungen der Leistungserzeugungsvorrichtungen unterscheiden, sie müssen jedoch einen Elektromotor und eine Speicherbatterie zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor enthalten. Daher erhöht sich das Gewicht der Kraftübertragung unvermeidlich. Methoden zur Lösung der zuvor erwähnten Probleme durch Verbesserung der Elektromotorkonstruktion und der Batterieleistung etc. werden gerade studiert. Schließlich liegt die wirksamste Methode jedoch darin, das Gewicht des Verbrennungsmotors zu reduzieren, der die schwerste Komponente ist. Außer einigen experimentellen Modellen, verwenden die meisten Hybridautos in Produktion den existierenden Zylindermotor. Deshalb wurden fundamentale Lösungen der zuvor erwähnten Probleme noch nicht gefunden.
OFFENBARUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit deutlich verringerter Größe und Gewicht zu schaffen.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Motor ohne den Stoß und die Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand bei konventionellen Zylindermotoren zu schaffen und hierdurch den Leistungsverlust zu verringern und die Lebensdauer des Motors zu erhöhen.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung zu schaffen, der eine sich hin- und herbewegende Rotationsbewegung erzeugt, die einfacher in eine Drehbewegung umgewandelt werden kann, als die geradlinige Bewegung herkömmlicher Zylindermotoren.
Ein viertes Ziel der Erfindung besteht darin, einen Kraftumwandler zu schaffen, der die hin- und hergehende Rotationsbewegung, die durch den Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung erzeugt wird, effektiver in eine einseitig gerichtete Drehbewegung umzuwandeln.
Ein fünftes Ziel der Erfindung besteht darin, ein effektives Hybridsystem zu schaffen, das die Probleme beseitigt, die durch den charakteristischen Unterschied zwischen Motorleistung und Energieanforderung der Antriebswelle und die strukturellen Probleme eines konventionellen Hybridsystems geschaffen werden.
TECHNISCHE LÖSUNG
Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird ein Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung bereitgestellt, mit einem Motorblock, der in seinem Inneren eine torusförmige Kammer und ein Paar von Querwänden aufweist und wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, die konzentrisch in der Mitte der Toruskammer angeordnet ist, einer innerhalb der Toruskammer des Motorblocks vorgesehene Motorwelle, die mit einer Vielzahl von Kolben auf beiden Seiten einteilig ausgebildet ist, einer Dichtplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen, einer Einlass- und Auslassventilvorrichtung, die an der Dichtplatte angebracht ist und eine Vielzahl von Einlass/Auslassventilen und Nockenwellen aufweist, die die Einlass/Auslassventile öffnen/schließen, einer Einlass- und Auslassvorrichtung, die Gas in das Innere der Toruskammer ansaugt und aus der Toruskammer abführt, und einer Abdeckung, die die Einlass- und Auslassventilvorrichtung und die Einlass- und Auslassvorrichtung schützt.
Gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung wird ein Kraftumwandler bereitgestellt, der eine hin- und hergehende Drehbewegung von einer hin- und herdrehenden Motorwelle empfängt und diese in eine einseitig gerichtete Drehbewegung umwandelt, wobei der Kraftumwandler eine Vielzahl von Eingangsachsen, die mit einem Motor verbunden sind, eine Vielzahl von anderen Eingangsachsen, die mit Leistungskombinationsvorrichtungen verbunden sind, eine Vielzahl von Leistungskombinationsvorrichtungen, die jeweils drei Enden aufweisen, wobei das erste Ende mit der Eingangsachse, das zweite mit der anderen Eingangsachse und das dritte mit der Ausgangsachse verbunden ist, und einer Ausgangsachse des Kraftumwandlers umfasst, die mit der Vielzahl von Ausgangsachsen der Leistungskombinationsvorrichtungen verbunden ist, wobei jeder Elektromotor mit jeder der Vielzahl von anderen Eingangsachsen verbunden ist.
Gemäß einer noch anderen Ausführung der Erfindung wird ein Hybridsystem bereitgestellt mit einem Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung, der eine hin- und hergehende Rotationsbewegung erzeugt, einem Kraftumwandler, der die hin- und hergehende Rotationsbewegung in eine einseitige Drehbewegung umwandelt, und einer Motorsteuervorrichtung, die den Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung steuert, wobei der Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung einen Motorblock mit einer torusförmigen Kammer in seinem Inneren, eine konzentrisch in der Mitte der Toruskammer angeordnete Motorwelle, ein Paar von Querwänden, die in der Toruskammer einander zugewandt angeordnet sind und die Toruskammer in zwei Bereiche unterteilen, und einem Paar von Kolben, die symmetrisch an der Außenumfangsfläche der Motorwelle vorgesehen sind und jeweils in einem unterteilten Bereich der Toruskammer vorgesehen sind, wobei die torusförmige Kammer in vier Bereiche durch die innen angeordneten Querwände und die Kolben unterteilt wird, und in jeweils einem der vier Bereich die Hübe zum Einlass, zur Kompression, zur Expansion und zum Auslass gleichzeitig stattfinden und die vier Takte einmal durchgeführt werden, während der Kolben zweimal oszilliert, wobei der Kraftumwandler ein Paar von Planetengetriebeeinheiten, die ein Sonnenzahnrad, einen Planetenradträger und ein Ringzahnrad aufweisen und einander zugewandt an der Mitte der Motorwelle des Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung angeordnet sind, einen Elektromotor zur Leistungserzeugung, der ein Außenzahnrad antreibt oder das Moment des Außenzahnrades als Energie verwendet, und eine Elektromotorsteuervorrichtung zur Steuerung des Elektromotors für eine Leistungserzeugung umfasst, wobei das Sonnenzahnrad einteilig mit der durch die Mitte der Planetengetriebeeinheit hindurchgehenden Welle verbunden ist, die in identischer Richtung wie des Sonnenzahnrads angetrieben wird, und der Elektromotor zur Leistungserzeugung das Moment des Ringzahnrades periodisch über das Außenzahnrad entsprechend dem hin- und hergehenden Moment ändert, das über die Motorwelle übertragen wird, und hierdurch den Planetenradträger mit einer entsprechenden Kraft beaufschlagt.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN
Erfindungsgemäß kann ein Hybridsystem einen Aufbau haben, der ohne bedeutende Veränderung in einem Herstellungsprozess vermarktet werden kann. Der Gesamtaufbau eines Leistungssystems kann deutlich modifiziert werden. Daher ist es möglich, einen Leistungsverlust bei einem herkömmlichen Motor und seiner Kurbelvorrichtung zu reduzieren und den Energiewirkungsgrad zu verbessern.
Erfindungsgemäß kann auch ein Leistungssystem verwirklicht werden, bei dem das Gewicht und die Größe deutlich reduziert sind, indem ein Hybridsystem ohne eine Kurbelvorrichtung und ein Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung verwendet wird, der eine zylindrische abgedichtete Kammer aufweist. Die Erfindung hat deshalb den Vorteil eines besseren Energiewirkungsgrades als das konventionelle Hybridsystem.
Durch die Erfindung ist es auch möglich, ein symmetrisches Aussehen zu ermöglichen, anders als bei einer konventionellen Krafterzeugung und einem Kraftübertragungsweg in länglicher Form. Es ist daher möglich, die Sicherheit eines Autos und das Design der Motorkammer zu erleichtern.
Durch die Erfindung wird außerdem eine elektrische Vorrichtung zusätzlich dazu verwendet, ein fundamentales Problem bei der herkömmlichen mechanischen Art und Weise in einem Kraftübertragungsprozess zu lösen. Dadurch können Reibungen und Vibrationen reduziert werden, die bei einem Kraftwechsel auftreten.
Es ist auch möglich, den thermodynamischen Wirkungsgrad durch Verwendung eines Kraftumwandlers zu verbessern, der einer Leistungscharakteristik eines Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung entspricht.
Es ist erfindungsgemäß auch möglich, das Gewicht und die Größe des Leistungssystems zu reduzieren. Deshalb kann ein Viertaktmotor mit kleiner Größe ausgeführt werden, der für ein Motorrad, einen Kultivator etc. verwendet wird. Deshalb kann der Wirkungsgrad erhöht werden, begleitet von einem geringen Lärm und geringer Vibration.
Erfindungsgemäß kann ein Elektromotor leicht die Richtung ändern, während eine hin- und hergehende Rotationsbewegung eines Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung keine Richtungsfähigkeit hat. Es ist daher möglich, ein Fahrzeug durch Verwendung eines erfindungsgemäßen Hybridsystems vorwärts und rückwärts zu fahren. Eine solche Leistungscharakteristik kann bei großen Militärfahrzeugen oder Bauausrüstungen vorteilhaft angewendet werden, die eine Rückwärtsbewegung benötigen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen schematischen Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridsystems zeigt, das ein Planetenradsystem verwendet,
2 ist eine auseinandergezogene Darstellung, die einen Aufbau eines Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung zeigt,
3a bis 3d sind Querschnittsansichten, die einen Funktionsaufbau eines Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung zeigen,
4 ist eine Ansicht, die eine Leistungskombinationsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
5 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau eines Kraftumwandlers mit zwei Leistungskombinationsvorrichtungen und zwei Elektromotoren,
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Kraftumwandlers zeigt,
7 ist eine Querschnittsansicht, die eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Kraftumwandlers zeigt,
8a und 8b sind Ansichten, die eine Ausführung eines Betriebs eines Kraftumwandlers zeigen,
9a und 9b sind Ansichten, die einen Startzustand mit nur der Leistung eines Elektromotors zur Leistungserzeugung in einem Zustand zeigen, in dem der Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung angehalten ist,
10a und 10b sind Ansichten, die einen Startzustand des Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung zeigen,
11a und 11b sind Ansichten, die einen Beschleunigungszustand durch einen Betrieb des Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung zeigen,
12a und 12b sind Ansichten, die einen Antriebszustand mit konstanter Geschwindigkeit zeigen,
13a und 13b sind Ansichten, die einen Verzögerungszustand zeigen,
14a und 14b sind Ansichten, die einen Leerlaufzustand zeigen, und
15a und 15b sind Ansichten, die einen Rückwärtsfahrzustand zeigen.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: Einen Motorblock in dessen Innerem eine Toruskammer ausgebildet ist und der eine Durchgangsöffnung aufweist, die konzentrisch in dem Zentrum der Toruskammer angeordnet ist; eine Motorwelle, die durch die Durchgangsöffnung hindurchgeht und konzentrisch in dem Zentrum der Toruskammer angeordnet ist; ein Paar von Querwänden, die in der Toruskammer entlang der Durchgangsöffnung so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen und die Toruskammer in zwei Bereiche teilen; ein Paar von Kolben, die symmetrisch an einer äußeren Umfangsfläche der Motorwelle vorgesehen sind und mit der Welle ein Teil bilden, wobei ihre äußere Form identisch zu einem Querschnitt der Toruskammer ist und sie in jeweiligen getrennten Abschnitten der Toruskammer vorgesehen sind; und ein Ventil für einen Einlass/Auslass in der Toruskammer. In diesem Fall ist die Toruskammer in vier Bereiche durch die innen angeordneten Querwände und Kolben eingeteilt. Während die Kolben einmal drehen, findet ein Einlass, eine Kompression, eine Expansion und ein Auslass gleichzeitig in jedem entsprechenden Bereich statt.
Ein Kraftumwandler, der eine hin- und hergehende Rotationsbewegung von einer Motorwelle in einem Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung empfängt und die Kraft erfindungsgemäß in eine einseitig gerichtete Drehbewegung umwandelt, umfasst ein Paar von Leistungskombinationsvorrichtungen und ein Paar von Elektromotoren zur Motor-Leistungserzeugung. In diesem Fall umfasst jedes Paar von Leistungskombinationsvorrichtungen: eine Rotationsachse A, die eine hin- und herbewegende Drehkraft von einer jeweiligen Motorwelle aufnimmt; eine Rotationsachse B, die mit dem Elektromotor zur Motor-Leistungserzeugung verbunden ist; und eine Drehachse C, die gleichzeitig die Kraft auf jede Antriebswelle überträgt. Wenn eine Kraft von außen auf die A-Achse übertragen wird und von drei Drehachsen auf die B-Achse, überträgt die Leistungskombinationsvorrichtung die durch die C-Achse kombinierte Leistung nach außen. In diesem Fall können die A-Achse und die B-Achse mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen, obwohl eine Kraft aufgebracht wird, die ihnen jeweils entspricht. Ein mit der B-Achse der Leistungskombinationsvorrichtung verbundener Elektromotor arbeitet als Motor, wenn ein Moment auf die B-Achse übertragen wird. Wenn ein Moment von der B-Achse empfangen wird, arbeitet der Elektromotor als Generator und liefert eine entsprechende Leistung an ein hin- und hergehendes Moment der Motorwelle, das auf die A-Achse übertragen wird.
Ein Beispiel mechanischer Vorrichtungen mit den Prinzipien der Leistungskombinationsvorrichtung weist ein Planetengetriebe oder ein Differentialgetriebe auf. In dem Planetengetriebe bilden ein Planetenradträger, ein Ringzahnrad und ein Sonnenzahnrad die drei Drehachsen. In dem Differentialgetriebe bilden die zwei Seitenzahnräder und ein Ritzelträger die drei Drehachsen. Das Planetengetriebe und das Differentialgetriebe folgen einem identischen Prinzip, auch wenn die Rollen der drei Drehachsen sich ändern. Daher können die Rollen der drei Drehachsen A, B und C abhängig von einem Konstruktionsbedürfnis bestimmt werden.
AUSFÜHRUNGSFORM ZUR ERFINDUNG
Eine Ausbildung und der Betrieb eines Hybridsystems gemäß der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Planetengetriebe als Leistungskombinationsvorrichtung verwendet und ein Planetenradträger entspricht einer Achse A, ein Ringzahnrad einer Achse B und ein Sonnenzahnrad einer Achse C. Außerdem wird ein Schnüffelventil, das bei Viertakt-Verbrennungsmotoren breite Verwendung findet, für einen Einlass und einen Auslass in eine Toruskammer verwendet.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Hybridsystems zeigt. 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung, die einen Aufbau eines Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung zeigt, und die 3a bis 3d sind Querschnittsansichten, die einen Funktionsaufbau eines Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung zeigen.
Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst das erfindungsgemäße Hybridsystem einen Rotationsrotor 2 mit Hin- und Herbewegung, der eine hin- und hergehende Drehkraft erzeugt, einen Kraftumwandler, der die hin- und hergehende Rotationskraft des Rotationsmotors 2 mit Hin- und Herbewegung in eine einseitig gerichtete Drehbewegung umwandelt, einen Kraftstofftank 1, der den Rotationsmotor 2 mit Hin- und Herbewegung mit Kraftstoff versorgt, und eine Motorsteuervorrichtung 3, die den Antrieb des Rotationsmotors 2 mit Hin- und Herbewegung steuert.
Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst der Rotationsmotor 2 mit Hin- und Herbewegung einen Motorblock 17, der innen eine Toruskammer 17-1 aufweist, eine Motorwelle 15, die koaxial zu dem Zentrum der Toruskammer 17-1 angeordnet ist und einen Kolben 14 aufweist, dessen Form identisch zu dem Querschnitt der Toruskammer 17-1 ist, eine Einlass- und Auslassventilvorrichtung 21, die von der Aussenseite des Motorblocks 17 zu der Innenseite der Toruskammer 17-1 vorgesehen ist und das Innere der Toruskammer 17-1 selektiv öffnet/schließt, eine Einlass- und Auslassvorrichtung, die entsprechend des Betriebes der Einlass- und Auslassventilvorrichtung 21 Gas ins Innere der Toruskammer 17-1 ansaugt und zur Außenseite der Toruskammer 17-1 auslässt, und einen Kopfabschnitt, der mit dem Einlass- und Auslassventil 21 und der Einlass- und Auslassvorrichtung 20 versehen ist, die an der Außenseite des Motorblocks vorgesehen sind.
In dem Motorblock 17 ist eine erste Durchgangsöffnung 17-2, die konzentrisch zu dem Zentrum der Toruskammer 17-1 liegt, und eine zweite Durchgangsöffnung 17-3 ausgebildet, die senkrecht zu der ersten Durchgangsöffnung 17-2 vorgesehen ist. Ein Paar von Querwänden 17-4 sind einander zugewandt an der zweiten Durchgangsöffnung 17-3 vorgesehen und teilen die Toruskammer 17-1 in zwei Abschnitte. Die Motorwelle 15 mit dem Kolben 14 ist drehbar in die erste Durchgangsöffnung 17-2 eingesetzt und durch das Paar von Querwänden 17-4 gelagert. In diesem Fall bildet der Kolben 14 zwei Abteilungen, die durch das Paar der Querwände 17-4 unterteilt sind.
Außerdem ist eine Dichtplatte 16-1 auf beiden Seiten der zweiten Durchgangsöffnung 17-3 vorgesehen, um die zweite Durchgangsöffnung 17-3 abzudichten. An der Dichtplatte 16-1 ist eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet, die jeweils einer Abteilung entsprechen, die durch das Paar von Querwänden 17-4 abgeteilt ist. In diesem Fall umfasst die Einlass- und Auslassventilvorrichtung 21 eine Vielzahl von Einlass/Auslassventilen 18 und eine Vielzahl von Nockenwellen zum Öffnen/Schließen der Vielzahl von Einlass/Auslassventilen 18. Jedes der Vielzahl von Einlass/Auslassventilen 18 ist jeweils in einer Öffnung 56 vorgesehen, die an der Dichtplatte 16 ausgebildet ist, um jede Öffnung 22 dem Betrieb der Nockenwelle entsprechend zu öffnen/schließen.
Die Einlass/Auslassvorrichtung 20 ist in dem hinteren Abschnitt der Einlass- und Auslassventilvorrichtung 21 vorgesehen, die an der Dichtplatte 16-1 angebracht ist, so dass in jedem Zylinder erzeugtes Abgas nach außen befördert werden kann oder eine neue Luft in das Innere jedes Zylinders über die Öffnungen 22 angesaugt werden kann. In diesem Fall sind die Einlass- und Auslassventilvorrichtung 21 und die Einlass- und Auslassvorrichtung 20, die an der Dichtplatte 16-1 angebracht sind, durch eine Abdeckung 16-2 geschützt, in der eine Vielzahl von Öffnungen so ausgebildet sind, dass sie der Einlass- und Auslassvorrichtung 20 entsprechen. Die Ausbildung des oben beschriebenen Kopfabschnittes ist jedoch nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt und es können verschiedene Modifizierungen angewendet werden.
Der Längsschnitt des Kolbens 14 kann verschiedenförmig ausgeführt sein, wie z. B. halbkreisförmig, quadratisch, oval etc. In diesem Fall kann die Form der Toruskammer 17-1 verschiedenartige Oberflächen haben, die dem Kolben 14 entsprechen.
Nachstehend wird die Funktionsstruktur des wie oben aufgebauten Rotationsmotors 2 mit Hin- und Herbewegung anhand der 2 und 3a bis 3d beschrieben.
Wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, ist die in dem Motorblock 17 ausgebildete Toruskammer 17-1 durch die Querwand 17-4 und den an der Motorwelle 15 vorgesehenen Kolben 14 in vier Bereiche A, B, C und D unterteilt.
3a zeigt einen Moment in dem ein Gasgemisch aus Kraftstoff und Luft einer Zündquelle (nicht gezeigt) ausgesetzt ist und deshalb einen Entspannungshub in dem Bereich A verursacht. Da sich die Motorwelle 15 entsprechend dem gezeigten Pfeil in Uhrzeigerrichtung dreht, findet in diesem Zustand gleichzeitig in dem Bereich B ein Kompressionshub statt, der das angesaugte Gasgemisch komprimiert, in dem Bereich C ein Einlasshub statt, in dem das Einlassventil 18-1 offen ist und Luft von außen angesaugt wird, und in dem Bereich D ein Auslasshub statt, in dem das Auslassventil 18-1 offen ist und Abgas abgeführt wird.
3b zeigt einen Moment, in dem ein Expansionshub durch Explosion eines Gasgemisches in dem Bereich B stattfindet, in dem in dem Schritt von 3a der Kompressionshub stattfindet. In diesem Fall dreht die Motorwelle 15 gegen die Uhrzeigerrichtung. Demgemäß findet in dem Bereich C der Kompressionshub statt, in dem Bereich D der Einlasshub, und in dem Bereich A der Auslasshub. Wie es in 3c gezeigt ist, findet bei dem oben beschriebenen Verfahren gleichzeitig in dem Bereich A der Einlasshub, in dem Bereich B der Auslasshub und in dem Bereich D der Kompressionshub statt, da sich die Motorwelle 15 durch den Expansionshub in dem Bereich C in Uhrzeigerrichtung dreht. Bezug nehmend auf 3 findet außerdem der Expansionshub in dem Bereich D, der Kompressionshub in dem Bereich A, der Einlasshub in dem Bereich B und der Auslasshub in dem Bereich C statt.
Wie oben beschrieben wurde, funktioniert jeder Bereich, der durch die Querwand 17-4 und den Kolben 14 der Motorwelle 15 abgeteilt ist, als Zylinder. Da der Expansionshub in der Reihenfolge der Bereiche A, B, C und D stattfindet, dreht sich die Motorwelle 15 abwechselnd in Uhrzeigerrichtung und gegen die Uhrzeigerrichtung. Hierdurch wird ein hin- und hergehendes Moment in dem erfindungsgemäßen Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung erhalten.
Der oben beschriebene erfindungsgemäße Rotationsmotor 2 mit Hin- und Herbewegung kann zusätzlich zu dem zuvor erwähnten Viertakt-Motor als Zweitakt-Motor aufgebaut sein.
4 zeigt eine Leistungskombinationsvorrichtung, die für einen Kraftumwandler verwendet wird, der das durch den Rotationsmotor 2 mit Hin- und Herbewegung erzeugte hin- und hergehende Moment in eine einseitig gerichtete Drehung umwandelt.
Wie es in 4 gezeigt ist, wird eine von zwei Achsen A und B eingegebene Kraft über eine Kraftkombinationsvorrichtung P kombiniert und über eine Achse C ausgegeben. In diesem Fall wirkt ein entsprechendes Moment auf die zwei Achsen A und B. Es wird ein Moment an einer Ausgangsachse bestimmt und die Drehzahl der Ausgangsachse ist die Addition der Drehzahlen der zwei Eingangsachsen. Dies zeigt eine konzeptuelle mechanische Beziehung. Bei einer aktuellen mechanischen Vorrichtung kann die Beziehung zwischen dem Moment und der Drehzahl entsprechend dem Aufbau der mechanischen Vorrichtung aufgrund des Energieerhaltungssatzes unterschiedlich sein. Im Falle eines Planetengetriebes oder Differentialgetriebes kann ein Drehmoment und eine Drehzahl der Rolle und Größe jedes Getriebeelements entsprechend bestimmt werden.
5 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau eines Kraftumwandlers mit zwei Leistungskombinationsvorrichtungen und zwei Elektromotoren zeigt. Die Eingangsachsen Aa und Ab der Leistungskombinationsvorrichtungen Pa und Pb sind gleichzeitig mit einem Motor E verbunden. Andere Eingangsachsen Ba und Bb sind mit zwei Elektromotoren Ma bzw. Mb verbunden. Außerdem sind zwei Ausgangsachsen Ca und Cb gleichzeitig mit einer Ausgangsachse O des Kraftumwandlers verbunden. In diesem Fall ist die Ausgangsachse O eine Antriebswelle, die ein Rad antreibt.
Die 6 und 7 sind Querschnittsansichten, die eine Ausbildung eines Kraftumwandlers zeigt, der ein Planetenradgetriebe verwendet.
Bezug nehmend auf 6 arbeiten die Planetenzahnradträger 6a und 6b des Planetenzahnradgetriebes als Achse A, die Ringzahnräder 4a und 4b als Achse B und die Sonnenzahnräder 7a und 7b als Achse C.
Der Kraftumwandler von 7 ist eine andere Ausführungsform des Kraftumwandlers von 6. In 7 arbeiten die Ringzahnräder 4a und 4b des Planetenzahnradgetriebes als Achse A, die Sonnenzahnräder 7a und 7b als Achse B und das Planetenzahnradgetriebe als Achse C. In diesem Fall ist die Motorwelle 15 direkt mit den Ringzahnrädern 4a und 4b verbunden, die Sonnenzahnräder 7a und 7b mit den Motorantriebswellen 10a und 10b verbun den, und die Planetenzahnradträger 6a und 6b sind mit der Antriebswelle 11 verbunden. In diesem Fall ist die Antriebswelle 11 eine Antriebswelle für einen Antrieb eines Rades.
Zusätzlich kann die Funktion jedes Getriebes durch andere Kombinationen bestimmt werden. Eine Ausbildung eines Kraftumwandlers, der kein Planetenzahnradgetriebe sondern ein Differentialgetriebe verwendet, kann verschiedenartig aufgebaut sein. Jedes Getriebe arbeitet mittels eines grundsätzlich identischen mechanischen Betriebs. Eine bestimmte Form kann einem aktuellen Bedürfnis entsprechend gewählt werden.
Wie oben beschrieben kann der Kraftumwandler verschiedenartig aufgebaut sein, arbeitet jedoch nach einem identischen mechanischen Prinzip. Die Funktion des Kraftumwandlers und die Funktion eines Hybridsystems, das den Kraftumwandler verwendet, werden anhand einer Ausführungsform beschrieben, die das in den 1 und 6 gezeigte Planetenzahnradgetriebe verwendet.
Der das Planetenradgetriebe verwendende Kraftumwandler umfasst ein Paar von Planetenzahnradgetrieben PG, die mit Sonnenzahnrädern 7a und 7b, Planetenradträgern 6a und 6b, und den Ringzahnrädern 4a und 4b versehen sind, Außenzahnrädern 10a und 10b, die mit den Ringzahnrädern 4a und 4b in Verbindung stehen, einen Motor/Generator (M/G)-Doppelfunktions-Elektromotor für eine Leistungserzeugung 9a und 9b, der als Motor arbeitet, wenn die Außenzahnräder 10a und 10b für einen Antrieb der Ringzahnräder 4a und 4b drehen, und als Generator arbeitet, wenn die Außenzahnräder 10a und 10b von den Ringzahnrädern 4a und 4b angetrieben werden, eine Elektromotor-Steuervorrichtung 13, die die Elektromotoren für die Leistungserzeugung 9a und 9b steuert, und eine Speicherbatterie 12, die die Elektromotoren zur Leistungserzeugung 9a und 9b mit Strom versorgt, oder einen Strom lädt, der durch die Elektromotoren für eine Leistungserzeugung 9a und 9b erzeugt wird.
Die Planetenradträger 6a und 6b weisen an ihrem einen Ende die Motorwelle 15 auf und empfangen ein hin- und hergehendes Moment entsprechend einer hin- und hergehenden Drehbewegung der Drehachse 1 und umfassen außerdem eine Vielzahl von Planetenzahnrädern 5a und 5b, die drehbar vorgesehen sind. Die Sonnenzahnräder 7a und 7b sind in der Mitte der Planetenradträger 6a und 6b angeordnet und mit der Vielzahl von Planetenzahnrädern 5a und 5b kombiniert. Außerdem sind an der Innenumfangsfläche und der Ausgangsumfangsfläche der Ringzahnräder 4a und 4b Innenumfangszahnradabschnitte 4a-1 und 4b-1 und Außenumfangszahnradabschnitte 4a-2 und 4b-2 vorgesehen (siehe 8a und 8b). Eine Vielzahl von an den Planetenradträgern angebrachten Planetenzahnrädern 5a und 5b ist gleichzeitig mit den Innenzahnradabschnitten 4a-1 und 4b-1 kombiniert. Außerdem sind die Außenzahnräder 10a und 10b mit den Außenumfangszahnradabschnitten 4a-2 und 4b-2 kombiniert.
Die Sonnenzahnräder 7a und 7b bilden ein Teil mit der Antriebswelle 11, die durch das Zentrum des Planetenradgetriebes hindurchgeht, so dass die Antriebswelle 11 entsprechend der Drehung der Sonnenzahnräder 7a und 7b dreht. Die koaxial positionierten Sonnenzahnräder 7a und 7b funktionieren zur Übertragung einer Leistung von dem Motor 2 und den Elektromotoren 9a und 9b an die Antriebswelle 11. In diesem Fall sind die Planetenradträger 6a und 6b und die Ringzahnräder 4a und 4b so ausgestaltet, dass sie eine höhere Rotationsträgheit als Masse haben und deshalb als Schwungrad arbeiten.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist für eine gleichmäßige Übertragung des hin- und hergehenden Moments, das von dem Rotationsmotor 2 mit Hin- und Herbewegung erzeugt wurde, an den Kraftumwandler ein Kegelrad 8 an einem Endabschnitt der vorstehenden Motorwelle 15 ausgebildet und Kegelräder 8a und 8b sind mit Endabschnitten der Planetenradträger 6a und 6b verbunden. Die Art der Kraftübertragung zwischen der Motorwelle 15 und den Planetenradträgern 6a und 6b kann jedoch außer dem Kegelrad irgendeine Art von Kraftübertragung sein, wie z. B. andere Getriebezugausgestaltungen, eine Ausgestaltung mit Zwischenfunktionen einer Kette etc.
Nachstehend wird die Funktion des Kraftumwandlers anhand der 8a und 8b beschrieben.
Die 8a und 8b zeigen die Funktion des Kraftumwandlers. Jede Ansicht zeigt jeweils die längsseitigen/rechtsseitigen Planetenradgetriebe von einer rechten Seite in 6.
Die Richtung und Länge jedes Pfeils zeigen jeweils Drehrichtung bzw. Drehgeschwindigkeit an. Die Drehung der mit der Antriebswelle 11 verbundenen Sonnenzahnräder 7a und 7b in Uhrzeigerrichtung zeigt jeweils eine Vorlaufrichtung an.
In dem Planetenradgetriebe PG bestimmen die Drehzahlen der zwei Elemente der Sonnenzahnräder, der Planetenradträger und der Ringzahnräder die Drehzahl eines verbleibenden Elements. Wenn die Motorwelle 15 durch den Motor 2 gegen die Uhrzeigerrichtung dreht, drehen das linke und rechte Planetenradgetriebe, die einander zugewandt sind und miteinander auf der Mitte der Motorwelle 15 verbunden sind, wie in den 8a bzw. 8b gezeigt.
Im Falle des linken Planetenradgetriebes PG von 8 dreht sich das Planetenzahnrad 5a bei einer Drehung des Planetenradträgers 6a in Uhrzeigerrichtung entsprechend dem Innenumfangszahnradabschnitt 4a-1 gegen die Uhrzeigerrichtung und bewegt sich deshalb. In diesem Fall muss für eine Übertragung eines Moments des Planetenradträgers 6a auf die Antriebswelle 11 über das Sonnenzahnrad 7a eine entsprechende Kraft auf das Ringzahnrad 4a in entgegengesetzter Richtung zu der Drehmomentrichtung des Planetenradträgers 6a arbeiten. Die entsprechende Kraft des Ringzahnrades 4a wird daher durch Antreiben des mit dem Außenzahnradabschnitt 4a-2 des Ringzahnrades 4 verbundenen Außenzahnrades 10a erzeugt, um das Ringzahnrad 4a gegen die Uhrzeigerrichtung zu drehen. Das Sonnenzahnrad 7a empfängt somit eine Antriebskraft in Uhrzeigerrichtung, die die Vorlaufrichtung ist.
Im Falle des linken Planetenradgetriebes PG von 8b überträgt das Planetenzahnrad 5b des Planetenradträgers 6b zwischenzeitlich ein Drehmoment auf das Sonnenzahnrad 7b in Rücklaufrichtung, da sich das Planetenzahnrad 6b durch die Drehung der Achse 15 gegen die Uhrzeigerrichtung dreht. In diesem Falle wird ein Moment für eine Vorlaufrichtung auf das Sonnenzahnrad 7a übertragen, indem das Ringzahnrad 4a in einer Richtung dreht, die identisch zu einer Drehrichtung des Planetenradträgers 6b ist. Deshalb empfangen sowohl das linke als auch das rechte Planetenradgetriebe ein Drehmoment für eine Vorlaufrichtung.
Da die Motorwelle 15 eine hin- und hergehende Rotationsbewegung durchführt, wie oben beschrieben wurde, nimmt der Antriebszustand des linken und rechten Planetenradgetriebes wiederholt die in den 9a und 9b gezeigten Zustände an. Die entsprechende Kraft der Ringzahnräder 4a und 4b wird mit einer hin- und hergehenden Rotationsperiode der Motorwelle 15 synchronisiert und auf die Ringzahnräder 4a und 4b ausgeübt. Hierdurch kann eine Kraft in einer gewissen Richtung übertragen werden. In diesem Fall ist eine Differenz der entsprechenden Kraft, die durch die Elektromotoren für eine Leistungserzeugung 9a und 9b geschaffen wird, proportional zu dem Moment des Motors. Außerdem wird die Drehrichtung der Antriebswelle 11 durch die Rotationsrichtung des Elektromotors bestimmt.
In den 5a und 5b hat jedes der Ringzahnräder 4a und 4b eine Drehzahldifferenz, wenn das linke und rechte Planetenradgetriebe gleichzeitig in Funktion sind. Eine solche Differenz bestimmt den Drehzahlunterschied zwischen den zwei Elektromotoren. Die entsprechende Kraft hinsichtlich des hin- und hergehenden Moments des Motors wird durch Aufbringen der Momentdifferenz entsprechend der Drehzahl der zwei Elektromotoren unter Verwendung der elektrischen Motorsteuervorrichtung 13 vorgesehen, wenn die zwei Elektromotoren durch eine hin- und hergehende Rotationsbewegung synchronisiert sind und mit der Drehzahldifferenz drehen.
Die 9a und 9b bis 15a und 15b zeigen einen Startzustand mit nur einer Leistung der Elektromotoren für eine Leistungserzeugung 9a und 9b in einem Zustand, in dem der Rotationsmotor 2 mit hin- und hergehender Bewegung angehalten ist.
Wie in den 9a und 9b gezeigt, werden, wenn eine Antriebskraft auf die Ringzahnräder 4a und 4b gegen die Uhrzeigerrichtung aufgebracht wird, um die Sonnenzahnräder 7a und 7b in einer Vorlaufrichtung anzutreiben, die Planetenzahnräder 5a und 5b, die mit dem Innenumfangszahnradabschnitt 4a-1 der Ringzahnräder 4a und 4b in Verbindung stehen, ebenfalls gegen die Uhrzeigerrichtung angetrieben, wobei dieser Antrieb die Sonnenzahnräder in Vorlaufrichtung antreibt. In diesem Fall wird ein Moment in Uhrzeigerrichtung in den Planetenradträgern 6a und 6b erzeugt, das Moment verringert sich jedoch durch die Verbindung mit der Motorwelle 15 und verschwindet. Eine Addition der Leistungen der Elektromotoren 9a und 9b arbeitet deshalb an der Antriebswelle 11 als Antriebskraft über die Sonnenzahnräder 7a und 7b. In diesem Fall zeigen die gestrichelten Pfeile der Sonnenzahnräder 7a und 7b an, dass eine Last auf die Antriebswelle 11 in Vorlaufrichtung aufgebracht wird.
Die 10a und 10b sind Ansichten, die einen Startzustand des Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung zeigen.
Wenn durch die Leistung der Elektromotoren 9a und 9b eine gewisse Drehzahl nach dem Starten erreicht wurde, muss der Motor wie oben beschrieben gestartet werden. Die Elektromotorsteuervorrichtung 13 bringt periodisch die Drehmomentdifferenz der Elektromotoren 9a und 9b auf (siehe 1). Eine solche Drehmomentdifferenz bildet mit der Trägheitskraft eines Fahrzeugs ein Moment, das der Differenz zwischen einer dicken gestrichelten Linie und einer dünnen durchgehenden Linie entspricht, die in den Planetenradträgern 6a und 6b gezeigt ist, und induziert eine Drehbewegung der Motorwelle 15 und erzielt eine Leistung zum Start des Motors.
Die 11a und 11b sind Ansichten, die einen Beschleunigungszustand durch einen Betrieb des Rotationsmotors 2 mit Hin und Herbewegung zeigen.
Der Beschleunigungszustand kann eine maximale Leistung dadurch erzeugen, dass eine Leistung des Motors 2 und eine Leistung der Elektromotoren 9a und 9b, die einen Drehmo mentunterschied haben, addiert werden und auf die Antriebswelle 11 aufgebracht werden. 11 zeigt, dass die Addition des Moments des Elektromotors 9a über das Ringzahnrad 4a und des Moments des Planetenradträgers 6a über das Sonnenzahnrad 7a auf die Antriebswelle übertragen wird. 11 zeigt, dass das Moment des Elektromotors 9b als Antriebskraft auf den Planetenradträger 6b und das Sonnenzahnrad 7b wirkt. Die Differenz zwischen einem Pfeil mit dicker durchgehender Linie und einem Pfeil mit dünner gestrichelter Linie, die an den zwei Trägern 6a und 6b gezeigt sind, zeigt das Moment des Motors an. Eine Addition der Teile mit gestrichelter Linie, die an den zwei Sonnenzahnrädern 7a und 7b gezeigt sind, wird eine Gesamtantriebskraft, die auf die Antriebswelle 11 übertragen wird.
Die 12a und 12b sind Ansichten, die einen Fahrzustand mit konstanter Geschwindigkeit zeigen.
Im Falle eines Fahrens mit konstanter Geschwindigkeit wird der Elektromotor 9a, dessen Drehzahl unter den Elektromotoren 9a und 9b geringer ist, so gesteuert, dass er als Motor arbeitet und ein Drehmoment erzeugt. Der Elektromotor 9b, dessen Drehzahl unter den Elektromotoren 9a und 9b größer ist, wird so gesteuert, dass er als Generator arbeitet und als Generationslast wirkt. In diesem Fall wird die von dem Generator erhaltene Leistung zum Antrieb des Elektromotors 9a verwendet. Falls notwendig kann ein Teil der Motorleistung für ein Laden der Speicherbatterie 12 durch Verringerung einer Rotationsleistung des Elektromotors 9a und Erhöhung der Generationslast verwendet werden.
Die 13a und 13b sind Ansichten, die einen Verzögerungszustand zeigen.
Im Falle der Verzögerung steuert die Elektromotorsteuervorrichtung 13 beide Elektromotoren 9a und 9b so, dass sie als Generator arbeiten. In diesem Fall wird die Trägheit des Fahrzeugs als Kraft zur Regenerierung durch die Elektromotoren 9a und 9b mittels Verringerung der Leistung des Motors verwendet.
Im Falle des Leerlaufzustands steuert die Elektromotorsteuervorrichtung 13 in einen Zustand, in dem die Sonnenzahnräder 7a und 7b durch eine Bremse gestoppt werden, beide Elektromotoren 9a und 9b so, dass sie als Generator arbeiten. In diesem Fall wird die Leistung des Motors 2 durch die hin- und hergehende Rotationsbewegung der Ringzahnräder 4a und 4b zur Generation verwendet. In diesem Fall wirkt eine versetzte Kraft auf die Sonnenzahnräder 7a und 7b, um das Moment zu beseitigen. Danach wird ein Vorlauf oder Rücklauf möglich.
Die 15a und 15b sind Ansichten, die einen Rücklaufzustand zeigen.
Wenn die Elektromotoren 9a und 9b entgegengesetzt zu einer Vorlaufrichtung in dem Leerlaufzustand angetrieben werden (siehe 14a und 14b) ist sowohl ein Rücklauf möglich als auch ein Vorlauf. Die eine Rücklaufbeschleunigung zeigenden 15a und 15b sind identisch zu den 11a und 11b, die eine Vorlaufbeschleunigung zeigen, außer dass die Richtung einander entgegengesetzt ist.
Ein Funktionsprinzip des oben beschriebenen Hybridsystems zeigt, wie der Kraftumwandler bei jedem Antriebszustand funktioniert. Wenn das Hybridsystem tatsächlich angewendet wird, ist das Hybridsystem nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt. Es sind verschiedene Arbeitsweisen einer Motorleistung, einem Betriebszustand und einem Konstruktionsbedürfnis etc. entsprechend möglich. Es ist daher sehr wichtig, einen Elektromotor der Motorleistung entsprechend genau zu steuern, um den Kraftstoffwirkungsgrad und den Antrieb eines Fahrzeugs wie oben beschrieben zu optimieren. Um den Wirkungsgrad eines Motors in thermodynamischer Hinsicht zu maximieren, ist eine entsprechende Leistung erforderlich, um einen Kompressionsdruck in einem Gasverbrennungsprozess aufrechtzuerhalten. Hierzu ist ebenfalls eine sehr genaue periodische Steuerung eines Elektromotors erforderlich. Da die Zuverlässigkeit und Sicherheit im Hinblick auf eine Steuerung des Elektromotors verbessert wurden, können die oben erwähnten Ziele im Allgemeinen durch Verwendung eines geeigneten Steueralgorithmus erreicht werden. Außerdem kann ein Elektromotor mit zwei unabhängigen Ausgängen entsprechend einer Konstruktionsanforderung verschiedenartig ausgeführt werden.
Obwohl einige Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist es für den Fachmann erkenntlich, dass Veränderungen an diesen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von dem Prinzip und dem Geist der Erfindung abzuweichen, deren Schutzbereich durch die Ansprüche und ihre Äquivalente bestimmt wird.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann bei einem verbesserten Hybridfahrzeug angewendet werden, das einen Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung und/oder einen Kraftumwandler aufweist. Außerdem können der Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung und der Kraftumwandler an einem Fahrzeug angewendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein erfindungsgemäßer Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung weist eine torusförmige Kammer auf, die in zwei Bereiche geteilt ist. Jeder geteilte Bereich bildet eine abgedichtete Kammer. Jede abgedichtete Kammer ist außerdem durch einen Kolben geteilt, der an einer Welle angebracht ist, wodurch vier abgedichtete Kammern gebildet werden. Außerdem weist ein Kraftumwandler zwei Leistungskombinationsvorrichtungen und zwei Motor/Generator-Doppelfunktions-Elektromotoren auf. Jede Kombinationsvorrichtung weist drei Drehachsen A, B und C auf, wie im Falle einer Planetenradgetriebeeinheit oder einer Differentialgetriebeeinheit. Hierdurch werden die Drehmomente zweier Achsen, A und B miteinander kombiniert und auf die verbleibende Achse C übertragen. Die zwei Elektromotoren modulieren das Drehmoment der B-Achse periodisch entsprechend einer hin- und hergehenden Drehbewegung des Motors um, um eine Gegenkraft gegen eine oszillierende Kraft zu liefern und ein einseitig gerichtetes Drehmoment auf die Antriebswelle zu übertragen. Die Leistung von dem Motor kann effektiver umgewandelt werden. Außerdem weist ein erfindungsgemäßes Hybridsystem einen Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung und einen Kraftumwandler für eine Umwandlung einer hin- und hergehenden Drehbewegung in eine einseitig gerichtete Drehbewegung auf. Die wie vorstehend aufgebaute vorliegende Erfindung kann die Kraft von einem Motor effektiver umwandeln und die Größe und das Gewicht des Antriebsstranges verringern.

Claims

Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung mit einem Motorblock, der im Inneren eine torusförmige Kammer und ein Paar von Querwänden aufweist und wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, die konzentrisch in der Mitte der Toruskammer angeordnet ist, einer innerhalb der Toruskammer des Motorblocks vorgesehene Motorwelle, die mit einer Vielzahl von Kolben auf beiden Seiten einteilig ausgebildet ist, einer Dichtplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen, einer Einlass- und Auslassventilvorrichtung, die an der Dichtplatte angebracht ist und eine Vielzahl von Einlass/Auslassventilen und Nockenwellen aufweist, die die Einlass/Auslassventile öffnen/schließen, einer Einlass- und Auslassvorrichtung, die Gas in das Innere der Toruskammer ansaugt und aus der Toruskammer abführt, und einer Abdeckung, die die Einlass- und Auslassventilvorrichtung und die Einlass- und Auslassvorrichtung schützt.
Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung nach Anspruch 1, bei dem ein Querschnitt der Toruskammer des Motorblocks die Form eines Halbkreises oder eines Ovals hat.
Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung nach Anspruch 1, wobei das Paar von Querwänden des Motorblocks entlang der Durchgangsöffnung einander zugewandt angeordnet ist und so ausgebildet ist, dass sie die Toruskammer in zwei Bereiche teilen.
Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung nach Anspruch 1, bei dem das Paar von an der Motorwelle angebrachten Kolben durch Hin- und Herdrehung nacheinander vier Takte in der Toruskammer erzeugen.
Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung mit einem Motorblock mit einer Toruskammer in seinem Inneren und mit einer Durchgangsöffnung, die konzentrisch in der Mitte der Toruskammer angeordnet ist, einer Motorwelle, die durch die Durchgangsöffnung so hindurchgeht, dass sie konzentrisch in der Mitte der Toruskammer angeordnet ist, einem Paar von Querwänden, die in der Toruskammer entlang der Durchgangsöffnung gegenüberliegend angeordnet sind und die Toruskammer in zwei Bereiche unterteilen, einem Paar von Kolben, die symmetrisch an der Außenumfangsfläche der Motorwelle vorgesehen sind und deren Äußeres identisch zu dem Querschnitt der Toruskammer ist und die jeweils in den unterteilten Bereichen der Toruskammer vorgesehen sind, und einer Einlass- und Auslassventilvorrichtung für ein wahlweises Abführen von Abgas aus und/oder ein Ansaugen frischer Luft in die Toruskammer, und Zündquellen für eine Zündung komprimierten Kraftstoffgases, wobei die Toruskammer durch die innen angeordneten Querwände und die Kolben in vier Bereiche unterteilt ist.
Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung nach Anspruch 5, bei dem der Querschnitt der Toruskammer des Motorblocks eine halbkreisförmige oder eine ovale Form hat.
Kraftumwandler, der eine hin- und hergehende Drehbewegung von einer hin- und herdrehenden Motorwelle empfängt und diese in eine einseitig gerichtete Drehbewegung umwandelt, wobei der Kraftumwandler umfasst: Eine Vielzahl von Eingangsachsen, die mit einem Motor verbunden sind, eine Vielzahl von anderen Eingangsachsen, die mit Leistungskombinationsvorrichtungen verbunden sind, eine Vielzahl von Leistungskombinationsvorrichtungen, die jeweils drei Enden aufweisen, wobei das erste Ende mit der Eingangsachse, das zweite mit der anderen Eingangsachse und das dritte mit der Ausgangsachse verbunden ist, und eine Ausgangsachse des Kraftumwandlers, die mit der Vielzahl von Ausgangsachsen der Leistungskombinationsvorrichtungen verbunden ist, wobei jeder Elektromotor mit jeder der Vielzahl von anderen Eingangsachsen verbunden ist.
Kraftumwandler mit einem Planetenradträger mit einem Ende, das mit einer Motorwelle verbunden ist, die durch ein hin- und herbewegendes Moment entsprechend der hin- und hergehenden Drehbewegung des Motors angetrieben wird und eine Vielzahl von Planetenzahnrädern aufweist, einem an der Mitte des Planetenradträgers angeordneten Sonnenzahnrad, das mit der Vielzahl von Planetenzahnrädern in Eingriff steht, einem Ringzahnrad, das Zähne sowohl auf seiner Innenumfangsfläche als auch auf seiner Außenumfangsfläche aufweist, wobei die Inneren mit Planetenzahnrädern des Planetenradträgers in Eingriff stehen, einem Außenzahnrad, das mit dem Außenumfangsrad in Eingriff steht, um das Ringzahnrad anzutreiben oder von diesem angetrieben zu werden, einem Motor/Generator (M/G)-Doppelfunktions-Elektromotor, der als Motor arbeitet, wenn er das Außenzahnrad für ein Antreiben des Ringzahnrades dreht, und als Generator arbeitet, wenn das Außenzahnrad von dem Ringzahnrad angetrieben wird, wobei der Elektromotor das Moment des Ringzahnrades periodisch über das Außenzahnrad entsprechend dem hin- und hergehenden Moment moduliert, das über die Motorwelle übertragen wird, und hierdurch den Planetenradträger mit einer Gegenkraft zu dem Motordrehmoment beaufschlagt.
Kraftumwandler nach Anspruch 8, bei dem der Planetenradträger und eine Antriebswelle miteinander durch Kegelräder in Eingriff stehen.
Kraftumwandler nach Anspruch 8, der außerdem eine Elektromotorsteuervorrichtung umfasst, die die Drehrichtung und Drehzahl des Außenzahnrades durch Steuerung des M/G-Doppelfunktions-Elektromotors einstellt.
Kraftumwandler nach Anspruch 8, der außerdem eine Speicherbatterie umfasst, die den Elektromotor für eine Leistungserzeugung mit Elektrizität versorgt oder von diesem eine Elektrizität für eine Leistungsspeicherung empfängt.
Kraftumwandler mit einem Paar von Planetenradträgern, die mit der Antriebswelle verbunden sind, die ein Drehmoment auf die Räder überträgt, einer Vielzahl von frei drehenden Planetenzahnrädern, die in jeden des Paares von Planetenradträgern eingesetzt sind, Sonnenzahnrädern, die jeweils an der Mitte jedes Planetenradträgers angeordnet sind und mit der Vielzahl von Planetenzahnrädern in Eingriff stehen, einer Motorantriebswelle, die mit jedem der Sonnenzahnräder verbunden ist, um in einer Richtung angetrieben zu werden, die identisch mit der jedes Sonnenzahnrades ist, Ringzahnrädern, die jeweils Zähne sowohl auf ihrer Innenumfangsfläche als auch auf ihrer Außenumfangsfläche aufweisen, wobei die inneren mit Planetenzahnrädern des Planetenradträgers in Eingriff stehen, einer Motorwelle, die mit beiden Ringzahnrädern verbunden ist, und einem Motor/Generator(M/G)-Doppelfunktions-Elektromotor, der als Motor arbeitet, wenn er das Sonnenzahnrad für ein Antreiben des Ringzahnrades dreht, und als Generator arbeitet, wenn er durch das Sonnenrad angetrieben wird, wobei der Elektromotor das Moment des Ringzahnrades periodisch über das Außenzahnrad entsprechend dem hin- und hergehenden Moment moduliert, das über die Motorwelle übertragen wird, und hierdurch den Planetenradträger mit einer Gegenkraft zu dem Motordrehmoment beaufschlagt.
Kraftumwandler nach Anspruch 12, der außerdem eine Elektromotorsteuervorrichtung umfasst, die die Drehrichtung und Drehzahl des Außenzahnrades durch Steuerung des M/G-Doppelfunktions-Elektromotors einstellt.
Kraftumwandler nach Anspruch 12, der außerdem eine Speicherbatterie umfasst, die den Elektromotor für eine Leistungserzeugung mit Elektrizität versorgt oder von diesem eine Elektrizität für eine Leistungsspeicherung empfängt.
Hybridsystem mit einem Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung, der eine hin- und hergehende Rotationsbewegung erzeugt, einem Kraftumwandler, der die hin- und hergehende Rotationsbewegung in eine einseitige Drehbewegung umwandelt, und einer Motorsteuervorrichtung, die den Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung steuert, wobei der Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung einen Motorblock mit einer torusförmigen Kammer im Inneren, eine konzentrisch an der Mitte der Toruskammer angeordnete Motorwelle, ein Paar von Querwänden, die in der Toruskammer einander zugewandt angeordnet sind und die Toruskammer in zwei Bereiche unterteilen, und ein Paar von Kolben umfasst, die symmetrisch an der Außenumfangsfläche der Motorwelle angeordnet sind, wobei sich einer in jedem Bereich der unterteilten To ruskammer befindet, die torusförmige Kammer in vier Bereiche durch die Querwände und die Kolben unterteilt werden, und ein Einlass, eine Kompression, eine Expansion und ein Auslass gleichzeitig stattfinden und vier Takte in einem Zyklus durchgeführt werden, während der Kolben zweimal oszilliert, wobei der Kraftumwandler ein Paar von Planetengetriebeeinheiten, die Sonnenzahnräder, Planetenradträger und Ringzahnräder aufweisen und einander zugewandt mit der Motorwelle des Rotationsmotors mit Hin- und Herbewegung in der Mitte angeordnet sind, einen M/G-Doppelfunktions-Elektromotor, der ein Außenzahnrad antreibt oder das Moment des Außenzahnrades für Elektrizität verwendet, und eine Elektromotorsteuervorrichtung für einen Antrieb des Elektromotors umfasst, und wobei die Sonnenzahnräder gleichzeitig mit der durch die Mitte der zwei Planetengetriebeeinheiten hindurchgehenden Welle verbunden sind und in identischer Richtung wie die Sonnenzahnräder angetrieben werden, und der Elektromotor das Moment des Ringzahnrades periodisch über das Außenzahnrad entsprechend dem hin- und hergehenden Moment moduliert, das über die Motorwelle übertragen wird, und hierdurch den Planetenradträger mit einer Gegenkraft zu dem Motormoment beaufschlagt.
Hybridsystem nach Anspruch 15, bei dem die M/G-Doppelfunktions-Elektromotoren in einem anfänglichen Startmodus als Motoren arbeiten, in einem Fahrmodus ein Elektromotor mit einer geringeren Drehzahl als Motor arbeitet und der schnellere als Generator, und im Falle einer Verzögerung oder eines Leerlaufmodus beide Elektromotoren als Generatoren arbeiten.
Hybridsystem mit einem Kraftstofftank, der Kraftstoff lagert, einem Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung, der einen Motorblock, der eine in seinem Inneren ausgebildete torusförmige Kammer und ein Paar von Querwänden aufweist und wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, die konzentrisch zu der Mitte der Toruskammer ist, und eine Motorwelle umfasst, die konzentrisch an der Mitte der Toruskammer angeordnet ist und einteilig mit einer Vielzahl von Kolben ausgebildet ist, wobei die Toruskammer durch die Querwände und die Kolben unterteilt wird, einer Motorsteuervorrichtung, die den Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung antreibt, einem Kraftumwandler, der Planetenradträger mit einer Vielzahl von Planetenzahnrädern, an der Mitte der Planetenradträger angeordnete Sonnenzahnräder, die mit der Vielzahl der Planetenzahnräder in Eingriff stehen, Ringzahnräder, deren Innenumfangszahnrad mit den Planetenzahnrädern in Eingriff stehen, die in die Planetenradträger eingesetzt sind, Außenzahnräder, die mit Außenumfangszahnrädern der Ringzahnräder in Eingriff stehen und das Ringzahnrad antreiben oder von diesem angetrieben werden, und M/G-Doppelfunktions-Elektromotoren umfasst, einer Elektromotorsteuervorrichtung, die mit dem Kraftumwandler verbunden ist und die Drehrichtung und die Drehzahl der Außenzahnräder durch Steuerung der Elektromotoren einstellt, und einer Speicherbatterie, die den elektrischen Motor für eine Leistungserzeugung mit Elektrizität versorgt oder für eine Leistungsspeicherung Elektrizität von diesem empfängt.
Hybridsystem nach Anspruch 17, bei dem die M/G-Doppelfunktions-Elektromotoren wie folgt arbeiten: In einem Anfangsstartmodus arbeiten beide Elektromotoren als Motoren, in einem Fahrmodus arbeitet ein Elektromotor mit der geringeren Drehzahl als Motor und der andere Elektromotor mit der höheren Drehzahl als Generator, in Verzögerung- und Leerlaufmodi arbeiten beide Elektromotoren als Generatoren.
Hybridsystem mit einem Kraftstofftank, der Kraftstoff lagert, einem Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung, der einen Motorblock, der eine in seinem Inneren ausgebildete torusförmige Kammer und ein Paar von Querwänden aufweist und wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, die konzentrisch in einer Mitte der Toruskammer angeordnet ist, und eine Motorwelle umfasst, die konzentrisch in der Mitte der Toruskammer angeordnet ist und mit einer Vielzahl von Kolben ausgebildet ist, wobei die Toruskammer durch die Querwände und die Kolben unterteilt wird, einer Motorsteuervorrichtung, die den Rotationsmotor mit Hin- und Herbewegung antreibt, einem Kraftumwandler, der einen Planetenradträger mit einer Vielzahl von Planetenzahnrädern, Sonnenzahnrädern, die an der Mitte der Planetenradträger angeordnet sind und mit der Vielzahl von Planetenzahnrädern in Eingriff stehen, Ringzahnräder, die mit ihrem Innenumfangszahnrad mit den Planetenzahnrädern in Eingriff stehen, die in die Planetenradträger eingesetzt sind, Außenzahnräder, die mit Außenumfangszahnrädern der Ringzahnräder in Eingriff stehen und das Ringzahnrad antrei ben oder von diesem gedreht werden, und M/G-Doppelfunktions-Elektromotoren umfasst, einem Kraftumwandler, der Planetenradträger mit einer Vielzahl von Planetenzahnrädern, Sonnenzahnräder, die an Mitte der Planetenradträger angeordnet sind und mit der Vielzahl von Planetenzahnrädern in Eingriff stehen, zwei Motorantriebswellen, die jeweils mit einem Sonnenzahnrad verbunden sind und in einer Richtung angetrieben werden, die identisch zu des jeweiligen Sonnenzahnrades sind, Ringzahnräder, deren Innenumfangszahnräder mit einer Vielzahl von Planetenzahnrädern in Eingriff stehen, die in die Planetenradträger eingesetzt sind, eine Motorwelle, die gleichzeitig mit den Ringzahnrädern verbunden ist, um diese zu drehen, und zwei M/G-Doppelfunktions-Elektromotoren umfasst, einer Elektromotorsteuervorrichtung, die mit dem Kraftumwandler verbunden ist und die Drehrichtung und Drehzahl der Außenzahnräder durch Steuerung der Elektromotoren einstellt, und einer Speicherbatterie, die für eine Leistungsgeneration den Elektromotor mit Elektrizität versorgt oder für eine Leistungsspeicherung von diesem Elektrizität empfängt.
Hybridsystem nach Anspruch 19, bei dem die M/G-Doppelfunktions-Elektromotoren wie folgt arbeiten: In einem Anfangsstartmodus arbeiten beide Elektromotoren als Motoren, in einem Fahrmodus arbeitet ein Elektromotor mit der geringeren Drehzahl als Motor und der andere Elektromotor mit der höheren Drehzahl als Generator, in Verzögerung- und Leerlaufmodi arbeiten beide Elektromotoren als Generatoren.