DE112008002967T5

DE112008002967T5 - Hybridmotor

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Publication number: DE112008002967T5
Application number: DE112008002967T
Authority: DE
Inventors: Thomas A. Delta Morrison
Original assignee: 14007 Mining Inc Richmond; 14007 MINING Inc
Current assignee: 14007 Mining Inc Richmond; 14007 MINING Inc
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2028-11-01
Also published as: GB2468980B; US8850815B2; US20100288248A1; CA2704263A1; CA2704263C; GB2468980A; DE112008002967B4; WO2009055928A1; GB201007369D0

Abstract

Hybridmotor, umfassend:
einen primären Verbrennungsmotorabschnitt mit zumindest einem Primärzylinder, der einen Primärkolben zur Hin- und Herbewegung aufnimmt, um eine primäre Kurbelwelle anzutreiben;
einen sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung mit zumindest einem Sekundärzylinder, der einen Sekundärkolben für eine Hin- und Herbewegung aufnimmt, um eine sekundäre Kurbelwelle anzutreiben;
ein Getriebesystem, das die primäre und sekundäre Kurbelwelle miteinander verbindet;
einen Einlass in den zumindest einen Primärzylinder, gesteuert durch ein Einlassventil, um dem zumindest einen Primärzylinder Treibstoff zuzuführen, um einen Leistungshub für den Primärkolben zu erzeugen;
einen Auslass von dem zumindest einen Primärzylinder, gesteuert durch ein erstes Auslassventil zum Ausstoßen von Abgasen aus dem zumindest einen Primärzylinder an einem Ausstoßhub des Primärkolbens, wobei der Auslass mit dem zumindest einen Sekundärzylinder in Verbindung steht;
einen Auslass von dem zumindest einen Sekundärzylinder, gesteuert durch ein zweites Auslassventil, um Abgase aus dem zumindest einen Sekundärzylinder zu leiten;
ein Fluidreservoir, um...

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Hybridmotor, der einen Verbrennungsmotor und eine Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung miteinander verbindet. Die Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung kann eine Dampfmaschine sein.
Hintergrund der Erfindung
Ein Hybridmotor ist einer, in dem mehr als ein Antriebsaggregat Leistung für eine einzige Leistungsausgabe bereitstellt. Hybridmotortechnologie ist gegenwärtig ein Feld aktiver Forschung und Entwicklung mit dem Zweck, die Kraftstoffeffizienz von Wärmekraftmaschinen zu verbessern, wobei eine Wärmekraftmaschine eine Vorrichtung ist, die Wärme in mechanische Arbeit umwandeln kann. Ein Verbrennungsmotor ist eine typische Wärmekraftmaschine.
Das Verhältnis zwischen der Energieeingabe in den Motor, gemessen als der Wärme erzeugende Wert des Kraftstoffs multipliziert mit der Kraftstoffflussrate, und der Arbeitsausgabe von dem Motor wird thermische Effizienz genannt. Die thermische Effizienz eines Kolbenverbrennungsmotors, wie zum Beispiel eines Automotors, kann in der Größenordnung von 30–40% sein. Daher verfallen 60–70% der Energie, die in dem Kraftstoff enthalten ist. Dieser Ausschuss kann zum Teil Wärme sein, die von dem Motor abgeleitet wird, was typischerweise dem Funktionieren von Wärmekraftmaschinen inhärent ist, teilweise mechanische Reibung innerhalb des Motors und teilweise von dem Motor emittiertes Geräusch.
Abwärme kann typischerweise wie folgt auftreten:

(a) Erhitzung der Zylinderwände und anderer Motorteile. Diese Wärme kann durch Luft- oder Flüssigkeitskühlsysteme in die Atmosphäre abgeleitet werden, um eine Beschädigung des Zylinders/der Zylinder und anderer Motorteile zu verhindern.
(b) Heiße Abgase. Abgaswärme kann in die Atmosphäre durch die Wände des Abgaskrümmers, Schalldämpfers und Abgasrohrs und schließlich Ausleiten warmer Gase abgegeben werden.

Abwärme von Brennkraftmaschinen kann manchmal zum Erwärmen des Inneren von Gebäuden und Fahrzeugen verwendet werden, aber der Anteil der gesamten Abwärme, die für diesen Zweck verwendet wird, kann, besonders im Fall von Automotoren, sehr klein sein.
Abgase können typischerweise die Zylinder eines Kolbenverbrennungsmotors bei Temperaturen in der Größenordnung von 1.000°F verlassen. Ihre finale Austrittstemperatur aus dem Abgasrohr kann in der Größenordnung von 100°F sein.
In einer Kolbendampfmaschine kann Dampf typischerweise bei Temperaturen in der Größenordnung von 500–700°F in die Zylinder treten und die Maschine bei Temperaturen in der Größenordnung von 250°F verlassen. Der Temperaturbereich, in dem eine Dampfmaschine funktioniert, kann daher innerhalb des Bereichs zwischen der Anfangs- und End-Abgastemperatur eines typischen Verbrennungsmotors liegen.
Ein Hybridmotor könnte daher einen primären Verbrennungsmotor mit einer sekundären Dampfmaschine umfassen, die die Abwärme des primären Motors verwendet und sie zur Leistungsausgabe und thermischen Effizienz des Hybridmotors hinzufügt. Die folgenden Referenzen offenbaren Mittel zum Erzeugen und Verwenden von Dampf aus einem Verbrennungsmotoren-Abgas.
US-Patent 4,300,353 von Ridgway lehrt einen Hybridmotor des oben beschriebenen Typs, in dem der Dampf in einem Boiler erzeugt wird.
US-Patent 4,433,548 von Hallstrom lehrt einen Hybridverbrennungs/Dampfmotor und führt aus, dass Dampf in einer Erzeugungskammer durch die Übertragung von Wärme auf Wasser von den heißen Oberflächen der Kammer erzeugt wird.
US-Patent 4,406,127 von Dunn lehrt einen Hybridverbrennungs/Dampfmotor, bei dem Wasser auf die heiße Oberfläche eines Abgaskrümmers innerhalb einer Dampferzeugungskammer gesprüht wird. Der entstehende Dampf wird in einer Kolbendampfmaschine mit geschlossenem Kreislauf verwendet.
US-Patent 5,000,003 von Wicks offenbart einen Hybridverbrennungs/Dampfmotor, in dem Dampf in einem Boiler erzeugt und in einer Dampfmaschine mit geschlossenem Kreislauf verwendet wird.
US-Patent 5,010,852 von Milisavlevic lehrt einen Multi-Treibstoff, Multi-Hybridmotor, in dem ein Teil der Leistungsausgabe durch in einem Boiler erzeugten Dampf bereitgestellt wird.
US-Patent 5,191,766 von Vines offenbart einen Hybridverbrennungs/Dampfmotor, bei dem Dampf in einer Dampferzeugungskammer erzeugt wird, die durch Ventile sowohl von dem Verbrennungszylinder als auch dem Mittel zur Verwendung des Dampfs getrennt ist. Speziell wird der Dampf in einer Erzeugungskammer erzeugt, die in einem Kompressionstank gelagert ist, und freigegeben, um eine Dampfturbine anzutreiben, die in einem geschlossenen Kreislauf mit einem Kondensator arbeitet. Das Dampferzeugungssystem ist zwischen den Verbrennungsmotorzylinder und das Mittel zur Benutzung des Dampfs eingefügt. Der Transfer von Wasser und Dampf zwischen den Komponenten des Systems wird durch Ventile gehandhabt.
US-Patent 6,202,782 von Hatanaka offenbart einen Hybridmotor, in dem Wärme gespeichert und periodisch in ein Gasturbinensystem eines geschlossenen Kreislaufs abgegeben wird.
US-Patent 7,047,722 von Filippone lehrt einen Hybridverbrennungs/Dampfmotor, bei dem der Dampf in einer Turbine mit geschlossenem Kreislauf erzeugt und verwendet wird.
In allen Patenten außer Nr. 5,191,766 werden der Dampf und die Abgase durch Wärmeübergangswände voneinander getrennt.
Ein signifikantes Problem mit den offenbarten und bis heute entwickelten Hybridverbrennungs/Dampfmotoren liegt in ihrer Komplexität, Größe, ihrem Gewicht und potentiell hohen Konstruktions- und Wartungskosten pro Leistungsausgabeeinheit.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines typischen Verbrennungs/Dampfhybridmotors 2. Die Dampfmaschine in diesem Beispiel ist eine Turbinentyp-Dampfmaschine eines geschlossenen Kreislaufs.
Unter Berücksichtigung von 1 kann typischerweise die quasi kontinuierliche Strömung von Abgasen aus dem Verbrennungsmotor 4 verwendet werden, um Wasser in einem Boiler 6 zu erhitzen. In dem Boiler wird Dampf unter Druck erzeugt, kann weiter in einem Überhitzer 8 erhitzt und dann in einer Turbinentyp-Dampfmaschine 10 expandiert werden. Der Dampf kann dann durch einen Kondensator 12 geführt werden. Das kondensierte Wasser kann dann durch eine Förderpumpe 14, die durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird, zurück in den Boiler 6 gepumpt werden.
Die Rotationsgeschwindigkeit und Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristika der Turbine 10 können typischerweise von denen eines Verbrennungsmotors 4 abweichen. Folglich kann die Turbine einen elektrischen Generator 16 antreiben, der einen Elektromotor 18 antreibt, dessen Leistungsausgabe dann auf die Hybridmotor-Antriebswelle aufgebracht werden kann.
Ob der Dampfkreislauf geschlossen ist (mit einem Kondensator 12, der Abgasdampf als Wasser in den Boiler 6 zurückführt) oder offen ist (Dampf wird in die Atmosphäre ausgestoßen), der Boiler 6 benötigt einen Injektor oder eine Förderpumpe (nicht gezeigt), um Wasser in den Boiler gegen den Druck des Dampfs, der dort erzeugt wird, zu zwingen. Der Injektor oder die Förderpumpe verbraucht etwas der Leistung, die durch den Hybridmotor erzeugt wird.
Während diese Anordnungen dahin gehen können, thermische Effizienz zu maximieren, können sie auch dahin gehen, einen Hybridverbrennungs/Dampfmotor wesentlich größer, schwerer und komplizierter zu machen als einen herkömmlichen Verbrennungsmotor gleicher Leistungsausgabe und daher teuer in Konstruktion und Wartung zu machen, wodurch die Gesamtökonomie gemindert wird.
Darstellung der Erfindung
Der Anmelder hat eine neue Hybridmotorgestaltung entwickelt, wobei die Abgaswärme eines Verbrennungsmotors verwendet wird, um Gas zu erzeugen und das erzeugte Gas verwendet wird, um eine Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung anzureiben, die ihre Leistungsausgabe derjenigen des Verbrennungsmotors hinzufügt. Die thermische Effizienz des Hybridmotors kann höher als die thermische Effizienz eines Verbrennungsmotors ohne Verwendung der Abgaswärme sein.
Folglich wird ein Hybridmotor offenbart, der umfasst:
einen primären Verbrennungsmotorabschnitt mit zumindest einem Primärzylinder, der einen primären Kolben für eine Hin- und Herbewegung aufnimmt, um eine primäre Kurbelwelle anzutreiben;
eine sekundäre Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung mit zumindest einem sekundären Zylinder, der einen sekundären Kolben für eine Hin- und Herbewegung aufnimmt, um eine sekundäre Kurbelwelle anzutreiben;
ein Getriebesystem, das die primäre und sekundäre Kurbelwelle miteinander verbindet;
einen Einlass in den zumindest einen Primärzylinder, der durch ein Einlassventil gesteuert wird, um Treibstoff in den zumindest einen Primärzylinder zuzuführen, um einen Leistungshub für den Primärkolben zu erzeugen;
einen Auslass aus dem zumindest einen Primärzylinder, der durch ein erstes Auslassventil gesteuert wird, um Abgase von dem zumindest einen Primärzylinder in einem Abgashub des Primärkolbens auszuleiten, wobei der Auslass mit dem zumindest einen Sekundärzylinder verbunden ist;
einen Auslass von dem zumindest einem Sekundärzylinder, der durch ein zweites Auslassventil gesteuert wird, um Abgase aus dem zumindest einen Sekundärzylinder auszuleiten;
ein Fluidreservoir, um in dem zumindest einen Primärzylinder erzeugte Wärme zu speichern; und
einen Fluideinlass, um Fluid von dem Fluidreservoir in den zumindest einen Sekundärzylinder zum Kontakt mit den erhitzten Abgasen einzuleiten, um in ein Gasvolumen zu verdampfen, um einen Leistungshub für den Sekundärkolben zu erzeugen, wobei die Leistungshübe des primären und sekundären Kolbens zur Drehung der primären Kurbelwelle beitragen.
In einem anderen Aspekt ist ein Hybridmotor vorgesehen, umfassend:
einen primären Verbrennungsmotorabschnitt, um eine primäre Kurbelwelle anzutreiben;
einen sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung, um eine sekundäre Kurbelwelle anzutreiben;
ein Getriebesystem, das die primäre und sekundäre Kurbelwelle miteinander verbindet;
einen Einlass, um Treibstoff in den primären Verbrennungsmotorabschnitt einzuleiten, um Leistung zum Antreiben der primären Kurbelwelle zu erzeugen;
einen Auslass aus dem primären Verbrennungsmotor, um erhitzte Abgase auszuleiten, wobei der Auslass mit dem sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung verbunden ist;
einen Auslass von dem sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung, um Abgase auszuleiten;
ein Wärmereservoir, um durch den primären Verbrennungsmotorabschnitt erzeugte Wärme zu speichern; und
ein Fluidreservoir, um Fluid zu dem sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung zum Kontakt mit den Abgasen zuzuführen, um in ein Gasvolumen zu verdampfen, um Leistung zu erzeugen, um die sekundäre Kurbelwelle anzutreiben, wobei eine Rotation der sekundären Kurbelwelle zu der Rotation der primären Kurbelwelle beiträgt.
Ausführungsformen des vorliegenden Hybridmotors können als den Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung eine Kolbendampfmaschinenanordnung verwenden.
Ausführungsformen des vorliegenden Hybridmotors können einfacher und günstiger zu konstruieren und zu warten sein, als Motoren äquivalenter Leistungsausgabe, die in den aufgeführten früheren Patenten beschrieben sind.
Ausführungsformen des vorliegenden Hybrid können von geringerem Gewicht und geringerer Größe pro Leistungsausgabeeinheit sein als die Motoren, die in den aufgeführten früheren Patenten beschrieben sind.
Ausführungsformen des vorliegenden Hybridmotors enthalten eine Dampfmaschine, die innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen der Anfangs- und Endabgastemperatur des Verbrennungsmotors arbeitet.
Ausführungsformen des vorliegenden Hybridmotors enthalten eine Kolbendampfmaschine mit offenem Kreislauf im Unterschied zu einer turbinenartigen Dampfmaschine mit geschlossenem Kreislauf. Eine Kolbendampfmaschine mit offenem Kreislauf kann typischerweise einfacher und günstiger zu konstruieren sein als eine turbinenartige Dampfmaschine mit geschlossenem Kreislauf mit ähnlicher Leistungsausgabe.
Ausführungsformen des vorliegenden Hybridmotors können eine Kolbendampfmaschine enthalten, die ihre Leistungsausgabe derjenigen eines Verbrennungsmotors durch direkte mechanische Mittel, wie zum Beispiel ein Getriebe hinzufügt, was dahin geht, den vorliegenden Hybrid einfacher und günstiger zu konstruieren und zu warten zu machen als das Hinzufügen von Leistung zu einem Verbrennungsmotor durch indirekte Mittel, wie zum Beispiel elektrische Mittel.
Ausführungsformen des vorliegenden Hybridmotors erzeugen Dampf in dem Zylinder/den Zylindern der Kolbendampfmaschine. Dies kann eine Kolbendampfmaschine bei höheren Umdrehungszahlen als sie normalerweise in einer herkömmlichen Kolbendampfmaschine praktisch sein können, effektiv machen, wobei der Dampf außerhalb des Zylinders erzeugt wird, in den Zylinder eintreten kann und dann innerhalb des Zylinders expandieren kann.
Ausführungsformen des vorliegenden Hybridmotors verwenden Dampf, der ohne einen Boiler erzeugt wurde. Ein solcher Motor ohne einen Boiler kann einfacher und günstiger zu konstruieren sein als ein Hybridmotor ähnlicher Leistungsausgabe, der einen Boiler enthält.
Ausführungsformen des vorliegenden Hybridmotors stellen einen Motor bereit, bei dem die Leistung der Dampfmaschine im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Starten des Verbrennungsmotors beginnen kann, sich zu entwickeln.
Ausführungsformen des vorliegenden Hybridmotors können die oben aufgeführten Vorteile ohne Induktion eines wesentlichen Abgasgegendrucks in dem Abgas des Verbrennungsmotors bereitstellen.
Kurze Figurenbeschreibung
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind nur auf beispielhafte Weise in den beiliegenden Zeichnungen illustriert, in denen:
1 ein schematisches Diagramm der Komponenten und des Betriebs eines Verbrennungs/Dampfhybridmotors aus dem Stand der Technik ist;
2A und 2B eine Draufsicht bzw. eine Endprojektionsansicht eines Hybridmotors gemäß einer ersten Ausführungsform zeigen;
3 eine schematische Seitenprojektionsansicht ist, die weitere Details der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ein Zyklusdiagramm ist, das den Betrieb des Hybridmotors gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
5 bis 10 schematisch die Bewegung und das Zusammenwirken von Elementen von Ausführungsformen des Hybridmotors über einen vollständigen Betriebszyklus zeigen.
11 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des vorliegenden Hybridmotors, bei dem jeder Primärzylinder des primären Verbrennungsmotorabschnitts Abgas zu einer Mehrzahl von Sekundärzylindern des Kraftmaschinenabschnitts mit äußerer Verbrennung zuführt;
12 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des vorliegenden Hybridmotors, bei dem mehrere Primärzylinder des primären Verbrennungsmotorabschnitts Abgas zu einem einzigen Sekundärzylinder des Kraftmaschinenabschnitts mit äußerer Verbrennung zuführen;
13 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des vorliegenden Hybridmotors, bei dem mehrere Primärzylinder des primären Verbrennungsmotorabschnitts Abgas über einen Abgaskrümmer zu mehreren Sekundärzylindern des Kraftmaschineabschnitts mit äußerer Verbrennung zuführen;
14 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Hybridmotors gemäß der vorliegenden Gestaltung, in der die Abgase von dem Sekundärzylinder des sekundären Kraftmaschinenabschnitts mit äußerer Verbrennung zu einem Tertiärzylinder eines tertiären Kraftmaschinenabschnitts mit äußerer Verbrennung zugeführt werden; und
15 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform, in der der sekundäre Kolben der sekundären Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung ein doppelt wirkender Kolben ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In unten diskutierten Ausführungsformen verwenden die Hybridmotorausführungsformen eine Dampfmaschine als den sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung, es wird aber verstanden werden, dass andere Anordnungen einer Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung verwendet werden können.
Der vorliegende Hybridmotor wurde gemäß den folgenden vereinfachenden Schritten entwickelt, die den Motor allgemein einfacher und daher günstiger zu konstruieren und zu warten machen als die bisher offenbarten und in Entwicklung befindlichen Verbrennungs/Dampf-Hybridmotoren:

1. Verwenden einer Kolbendampfmaschine mit offenem Kreislauf als dem Sekundärmotor.
2. Betrieb der Dampfmaschine mit hohen Umdrehungszahlen.
3. Eliminierung des Boilers.
4. Dampfdruck nicht begrenzt durch die strukturellen Grenzen eines Boilers und Dampfübertragungssystems.
5. Nähe von Dampferzeugungsmittel zu einem Verbrennungsmotor (IC)-Abgasauslass.
6. Minimierung des Abgasgegendrucks.
7. Eliminierung eines ungewünschten Kompressionshubes.

Jeder der obigen Vereinfachungsschritte erzeugt ein Problem, das zu lösen war, um zu der Lösung des vorliegenden Hybridmotors zu gelangen.
Schritt 1: Verwendung einer Kolbendampfmaschine
Ein erster Schritt beim Reduzieren der Komplexität eines Verbrennungs/Dampfhybridmotors kann die Verwendung einer Kolbendampfmaschine anstelle einer Turbinendampfmaschine sein. Eine Kolbendampfmaschine kann typischerweise einfacher und günstiger zu konstruieren und zu warten sein als eine Turbinendampfmaschine ähnlicher Leistungsausgabe.
Dies führt zu dem Problem, dass Kolbendampfmaschinen, z. B. Lokomotivenmotoren, dazu neigten, bei Umdrehungszahlen von mehr als 350–400 Umdrehungen pro Minute durch die Viskosität des Dampfs negativ beeinflusst zu werden. Bei und oberhalb solcher Umdrehungszahlen war die Öffnungszeit der Ventile, die Dampf in die Zylinder ließen, so kurz, dass der Zugang von Dampf begrenzt war und die mögliche Leistungsausgabe des Motors bei solchen Umdrehungszahlen folglich begrenzt war.
Bei Verbrennungsmotoren wird Druck im Wesentlichen gleichzeitig innerhalb des Zylinders erzeugt und aufgebracht, was höhere Umdrehungszahlen und daher höhere Leistungsdichte erlaubt, wobei Leistungsdichte als Leistungsausgabe pro Motorgröße oder Gewicht gemessen wird.
Konventionelle Verbrennungsmotoren funktionieren typischerweise bei Umdrehungszahlen in der Größenordnung von 2.000–4.000 Umdrehungen pro Minute. Dies würde die Frage aufwerfen, ob irgendeine nützliche Leistungsausgabe von einer konventionellen Kolbendampfmaschine mit solchen Umdrehungszahlen erzielt werden kann.
Schritt 2: Betrieb der Dampfmaschine bei hohen Umdrehungszahlen
Bei dem vorliegenden Hybridmotor kann eine Kolbendampfmaschine als der sekundäre Motor des Hybridmotors verwendet werden. Dampf kann innerhalb des Zylinders/der Zylinder der Dampfmaschine erzeugt werden, indem Verbrennungsmotorabgase durch den Zylinder geleitet und ein feines Wasserspray eingespritzt werden. Dieses Wasser kann fast bis zum Siedepunkt vorgeheizt werden, bevor es in die Zylinder eingespritzt wird.
Dies kann:

(a) es erlauben, dass die Kolbendampfmaschine mit ähnlichen Umdrehungszahlen wie der Verbrennungsmotor arbeitet;
(b) es der Leistungsausgabe der sekundären Dampfmaschine erlauben, mit der Leistungsausgabe des primären Verbrennungsmotors durch direkte Mittel, wie zum Beispiel ein Getriebe, verbunden zu werden;
(c) einen separaten Boiler eliminieren.

Schritt 3: Eliminierung des Boilers
Erzeugung von Dampf innerhalb des Zylinders kann einen weiteren signifikanten Vorteil als einen dritten Schritt hervorrufen, nämlich die Eliminierung des Boilers.
Mit Ausnahme des US-Patents Nr. 5,191,766 umfassen die Hybridmotoren, die in den genannten Referenzen offenbart werden, das Erzeugen von Dampf in unter Druck stehenden Systemen, die durch Wärmeübergangswände von dem Verbrennungsmotorabgas getrennt sind, typischerweise und allgemein bekannt als Boiler oder Wärmetauscher.
Einige Probleme neigen dazu, aus solchen Systemen zu entstehen:

(a) Konstruktions- und Wartungskosten.
(b) Chemische Reaktionen zwischen Unreinheiten in dem Wasser und den Materialien des Systems.
(c) Ablagerung von Feststoffen in dem System aus dem Wasser, entweder eingeschlossenes Material oder chemische Ausfällungen, und der daraus folgende Bedarf von klarem und/oder behandeltem Wasser.
(d) Wasser muss klar und „weich” sein, um die Probleme (b) und (c) zu minimieren.
(e) Die Struktur, besonders die Wände, die den Wasser/Dampfraum von dem Heißgasraum separieren, müssen stark genug sein, um den Dampfdrücken, die in dem Wasser/Dampfraum erzeugt werden, standzuhalten. Je dicker die Wände sind, desto langsamer ist die Wärmeübergangsrate von den heißen Gasen auf das Wasser. Dieses Problem kann signifikant sein, wenn die Gase notwendigerweise eine begrenzte Aufenthaltszeit in dem System haben, wie es der Fall bei Abgasen aus einem Verbrennungsmotor ist.
(f) Die Durchgangswege, durch welche die erhitzten Gase durch den Heißgasraum des Boilers passieren, können eine Reibung auf die Gase ausüben, was eine Form nutzloser Arbeit verbrauchen kann, die notwendigerweise von dem Motor zu verrichten ist und von seiner thermischen Effizienz abgezogen wird.
(g) Die Dampferzeugungsrate neigt dazu, proportional zur Fläche der Wärmeübergangswand zu sein, die durch die heißen Gase erhitzt wird und in Kontakt mit dem Wasser ist. Diese Wandfläche kann vergrößert werden, indem die heißen Gase durch mehrere, gekrümmte, gewundene, gerippte oder geriffelte Röhren, Kanäle oder Leitungen gelangen, aber der Wunsch, diese Fläche zu maximieren, kann ein Gestaltungsproblem sein, kann zu der in (f) genannten unnötigen Arbeit beitragen und kann zum Gewicht, der Größe und den Kosten des Systems beitragen.
(h) Die Dampferzeugungsrate neigt dazu, durch die Rate begrenzt zu sein, mit der Wasser durch den Wasser/Dampfraum zirkuliert und in Dampf konvertiert werden kann.
(i) Bevor Dampf erzeugt werden kann, muss die gesamte Masse des Wassers in dem Wasser/Dampfraum auf den Siedepunkt erhitzt werden. In einem Hybridverbrennungs/Dampfmotor kann ein bemerkenswerter Zeitraum verstreichen, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet ist, bevor Dampf erzeugt werden kann und bevor der Dampfteil des Hybridmotors einen Effekt bewirken kann. Dieses Problem kann in einigen automotiven Anwendungen signifikant sein, in denen Motorlaufzeiten kurz sind.
(j) Wärme muss typischerweise auf einen Teil des Boilers vor anderen aufgebracht werden. Ungleiche Expansion und Kontraktion verschiedener Teile des Boilers neigen dazu, zu einer ungleichen Verteilung von Spannung zu führen, die Leckage und Wartungskosten hervorrufen.
(k) In einem Hybridverbrennungs/Dampfmotor müssen die Abgase von dem Verbrennungsmotor entfernt werden, wenn sie erzeugt werden. Die Verweilzeit der heißen Gase in dem Dampferzeuger ist daher begrenzt.
(l) Wasser muss in den Boiler gepumpt oder eingespritzt werden, durch ein Mittel, das dazu geeignet ist, den Druck des Dampfes, der schon innerhalb des Boilers ist, zu überwinden. Dies verbraucht Arbeit, die von der Leistungsausgabe der Dampfmaschine abgezogen wird.
(m) Die Leistungsausgabe der Dampfmaschine ist direkt proportional zu dem Druck des Dampfes, wenn er erzeugt wird. Es ist schwierig oder unpraktisch, den Druck des Dampfes über den, der in dem Boiler erzeugt wird, anzuheben. Der Boiler muss daher konstruiert sein, um dem Auslegungsdruck des Systems zu widerstehen. Der Boiler ist typischerweise mit einem Sicherheitsventil ausgerüstet; Dampfdrücke über den sicheren Grenzwert des Boilers werden durch das Sicherheitsventil geschwächt. In der Praxis kann der Dampf dazu neigen, beim Passieren von dem Boiler zu dem Expansionsmittel Druck zu verlieren, und daher ist es wahrscheinlich, dass der höchste Dampfdruck in dem System derjenige innerhalb des Boilers ist. Der Boiler, seine Befestigungen und Dampfrohe gehen dahin, eine relativ komplexe Struktur zu sein, die nicht gut für das Widerstehen gegenüber innerem Druck angepasst sind. Alle Befestigungen und Rohre müssen konstruiert sein, um dem Dampfdruck innerhalb des Boilers zu widerstehen.

Eliminierung des Boilers in einen Hybridverbrennungs/Dampfmotor wäre daher ein signifikanter Vorteil.
Schritt 4: Dampfdruck im Zylinder nicht auf Boilerdruck begrenzt
Die thermische Effizienz und Leistungsausgabe einer Dampfmaschine ist proportional zu ihrem Dampfdruck. Der höchste erhältliche Dampfdruck ist daher wünschenswert, ist in einem herkömmlichen Dampferzeugungssystem jedoch durch die in den obigen Punkten (a), (e) und (m) genannten Faktoren begrenzt. Die in Punkten (b) bis (d) aufgelisteten Probleme erhöhen sich typischerweise auch mit ansteigendem Dampfdruck und Temperatur.
Betreffend Punkt (m) oben ist der Dampfdruck typischerweise in dem Dampfzylinder und in einem Boiler, seinen Befestigungen und Dampfrohren enthalten. Der Zylinder ist eine bessere Form als das Boilersystem, um innerem Druck zu widerstehen. In dem vorliegenden Hybridmotor wird Wasser als ein feines Spray in den/die sekundären (Dampf-)Zylinder bei knapp unterhalb seinem Siedepunkt eingespritzt und direkt Verbrennungsmotorabgasen mit Temperaturen in der Größenordnung von 1.000°F ausgesetzt, ohne eine dazwischen verlaufende Wärmeübergangswand. Der daraus folgende Dampfdruck wäre innerhalb des/der Dampfzylinder/s eingeschlossen. Der/die Zylinder kann/können gebaut werden, um diesen Drücken zu widerstehen.
Schritt 5: Nähe von Dampferzeugung zu Verbrennungsmotorabgas
In einem Verbrennungsmotor können die Abgase typischerweise beginnen, Wärme zu verlieren, sobald sie die Zylinder verlassen. Dies ist teilweise wegen adiabatischer Kühlung und teilweise wegen Leitung und Konvention durch die Wände des Abgassystems der Fall. Daher werden die Abgase niemals so heiß wie beim Verlassen der Zylinder. Es wäre daher wünschenswert, das Dampferzeugungsmittel so nah wie möglich an dem Abgasauslass von den Verbrennungsmotorzylindern anzuordnen. Der vorliegende Hybridmotor stellt diesen zusätzlichen Vorteil der Nähe zwischen Dampferzeugung und Verbrennungsmotorabgas bereit.
Schritt 6: Minimierung von Abgasgegendruck
Wenn auf einen unter Druck stehenden Boiler mit einem Wasser/Dampfraum, der durch eine Wärmeübergangswand von den Abgasen getrennt ist, verzichtet werden kann, wie in US-Patent Nr. 5,191,766 , entsteht das Problem, wie der Dampf eingeführt werden kann, um Druck auf ein Leistung erzeugendes Mittel auszuüben, ohne auch einen Abgasgegendruck in dem Verbrennungsmotorzylinder zu erzeugen, unter Beachtung, dass:

(a) jeder Verbrennungsmotorzylinder Abgas intermittierend an einem diskreten Punkt in seinem Funktionskreislauf erzeugt;
(b) die Verweilzeit des Abgases in dem sekundären Motor notwendigerweise begrenzt ist, da, ohne einen Boiler, das Abgas aus dem sekundären Motor so schnell, wie es durch den primären Motor erzeugt wird, ausgestoßen werden muss.

US-Patent Nr. 5,191,766 offenbart die Erzeugung von Dampf direkt durch ein Mischen des Verbrennungsmotorabgases mit einem Wasserspray, gefolgt von einer Expansion des Dampfs in einer Turbine. Das '766 Patent offenbart kein Mittel, durch das der Dampf innerhalb eines Kolbenmotor mit hohen Zyklusraten erzeugt und expandiert werden kann und direkt eine Hybridmotorantriebswelle antreibt.
US-Patent Nr. 5,191,766 hängt für sein Funktionieren von einer Einwegströmung von Fluiden und Gasen aus dem Verbrennungsmotorabgasauslass durch das Dampferzeugungssystem ab. Das '766 Patent spezifiziert zumindest ein „Einwegventil”. Wenn nicht eine Pumpe dazwischen gelegt wird, die Energie verbrauchen und die Kosten und Komplexität des Systems erhöhen würde, kann diese Strömung nur stattfinden, wenn der Druck in dem Verbrennungsmotorabgasauslass höher als der Druck in dem System zum Erzeugen und Anlegen von Dampfdruck ist. Mit anderen Worten muss der Abgasgegendruck in dem Verbrennungsmotorabgasauslass den Druck in dem Dampfsystem übersteigen. Dies kann ungewünscht sein, da ein Teil der mechanischen Arbeit, die durch den Verbrennungsmotor verrichtet wird, notwendigerweise verwendet werden muss, um diesen Abgasgegendruck zu überwinden.
Der vorliegende Hybridmotor offenbart ein Mittel, durch das der Abgasgegendruck in dem Verbrennungsmotorabgasauslass nicht größer als der Druckabfall zwischen dem Verbrennungsmotorabgas und dem finalen Abgas sein kann.
Schritt 7: Eliminierung eines ungewünschten Kompressionshubs
Der Kolbendampfmaschinenabschnitt des vorliegenden Hybridmotors würde typischerweise einen Kolbenhub in dem Dampfzylinder erfordern, um Abgase von dem Verbrennungsmotorzylinder aufzunehmen, wodurch sich der Kolben in dem Dampfzylinder in der Richtung von dem oberen Totpunkt (TDC, OT) in Richtung des unteren Totpunkts (BDC, UT) bewegen würde.
(Oberer Totpunkt ist ein Ausdruck, der typischerweise benutzt wird, um die Kolbenposition zu beschreiben, in der das in dem Zylinder enthaltene Volumen minimal ist. Unterer Totpunkt ist ein Ausdruck, der typischerweise benutzt wird, um die Kolbenposition zu beschreiben, in der das in dem Zylinder enthaltene Volumen maximal ist. Diese beiden Ausdrücke werden unbeachtlich der physikalischen Lage oder Ausrichtung des Zylinders benutzt.)
Dieser Einlasshub muss von einem Kolbenhub gefolgt werden, der durch den Dampf angetrieben wird, der durch die Verbrennungsmotorabgase innerhalb des Dampfzylinders erzeugt wird, der sich auch in der Richtung vom OT in Richtung UT bewegt.
Es müsste dann ein Ausstoßhub folgen, wodurch der Dampfkolben dahin gehen würde, sich in die Richtung von dem UT in Richtung des OT zu bewegen. Dieser Kolbenhub würde eine Mischung aus Dampf und Abgasen aus dem Dampfzylinder in Vorbereitung der Aufnahme einer anderen Ladung von Verbrennungsmotorabgasen ausstoßen.
Der gewünschte Kreislauf würde daher aus zwei Kolbenhüben in der Richtung vom OT in Richtung UT, aber nur einem in der Richtung von UT in Richtung des OT bestehen. Ein Hub in der Richtung vom UT in Richtung des OT, der zwischen den zwei Hüben vom OT in Richtung des UT eingefügt wäre, würde entweder dahin gehen, die Fluide und Gase auszustoßen, wenn sie nicht innerhalb des Dampfzylinders eingeschlossen sind, oder sie zu komprimieren, wenn sie innerhalb des Dampfzylinders eingeschlossen sind. Sie aus dem Zylinder auszustoßen würde die Arbeit minimieren, die sie verrichten können. Sie zu komprimieren würde Arbeit für einen ungewünschten Zweck verbrauchen und würde daher die Leistung und Effizienz der Dampfmaschine mindern. Der vorliegende Hybridmotor stellt eine Lösung für dieses Problem bereit.
Mit Bezug auf 2A, 2B und 3 ist schematisch eine erste Ausführungsform eines Hybridmotors 20 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die gemäß den Vereinfachungsschritten, die oben ausgeführt sind, gestaltet ist und die diskutierte Lösungen für die verschiedenen Probleme beinhaltet.
Der Hybridmotor 20 kann aus einem primären Verbrennungsmotor (IC)-Abschnitt 22 und einem sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung 24 bestehen, der gemäß einem Duplexzyklus, wie er in 4 gezeigt ist, funktioniert. In einer bevorzugten Anordnung ist der primäre Verbrennungsmotorabschnitt 22 ein Kolbenverbrennungsmotor und der sekundäre Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung 24 ist eine Kolbendampfmaschine mit offenem Kreislauf.
2A und 2B zeigen eine Draufsicht bzw. eine Endprojektionsansicht einer ersten Ausführungsform des Hybridmotors. 2B ist entlang der Sichtlinie, die durch Pfeil 31 angezeigt ist, genommen. Der Hybridmotor 20 umfasst zumindest eine Primärzylinder- 26 und Primärkolben 26'-Anordnung (den „primären Verbrennungsmotor”) und zumindest eine Sekundärzylinder- 28 und Sekundärkolben 28'-Anordnung (die „sekundäre Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung”).
Mit Blick auf 2A kann der primäre Verbrennungsmotor 22 typischerweise die primäre Kurbelwelle 30 antreiben, die die Leistungsausgabe von dem Hybridmotor ist. Die Kurbelwelle 32 der sekundären Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung ist über ein Getriebe mit der primären Kurbelwelle 30 durch eine Vorgelegeachse 34 verbunden. Der sekundäre Motor kann daher entweder Leistung zu der primären Kurbelwelle hinzufügen oder Leistung von der primären Kurbelwelle beziehen.
2B zeigt, dass es eine Phasendifferenz zwischen dem Primärkolben 26' und der primären Kurbelwelle 30 und dem Sekundärkolben 28' und der Kurbelwelle 32 geben kann.
2A und 2B zeigen, dass die sekundäre Kurbelwelle 32 mit der primären Kurbelwelle 30 derart durch ein Getriebe verbunden ist, dass sich die sekundäre Kurbelwelle typischerweise mit einem Bruchteil der Rate der primären Kurbelwelle drehen kann. In der illustrierten Ausführungsform ist Zahnrad 36 an der primären Kurbelwelle 30 befestigt und treibt Zahnrad 38 an; Zahnräder 36 und 38 sind vom selben Durchmesser (D1) und drehen sich daher mit derselben Geschwindigkeit. Zahnräder 38 und 40 sind an der Vorgelegewelle 34 derart befestigt, dass Zahnrad 38 Zahnrad 40 durch die Vorgelegewelle 34 antreibt. Zahnrad 42 ist derart an der sekundären Kurbelwelle 32 befestigt, dass Zahnrad 40 Zahnrad 42 antreibt. Zahnräder 38 und 40 werden mit derselben Rate rotieren, weil sie durch die Vorgelegewelle 34 verbunden sind. Zahnrad 40 hat einen kleineren Durchmesser (D2) als Zahnrad 38 und Zahnrad 42 hat einen größeren Durchmesser (D3) als Zahnrad 40. Zahnrad 42 wird sich daher mit einem Teil der Rate des Zahnrads 26 drehen, abhängig von den relativen Durchmessern D1, D2 und D3. Der Fachmann wird verstehen, dass andere Zahnradanordnungen möglich sind.
Mit Blick auf 3 ist dort eine schematische Seitenansicht des Hybridmotors der ersten Ausführungsform gezeigt, die weitere Details zeigt. Der primäre Zylinder 26 kann ein konventioneller Zylinder sein, der mit einem mit Ventil versehenen Treibstoff/Lufteinlass 50, einer Zündkerze 52 (es sei denn, der Verbrennungsmotor ist ein Dieselmotor) und einem mit einem Ventil versehenen Abgasauslass 54 versehen. Der Abgasauslass 54 kann mit dem sekundären (Dampf) Zylinder 28 entweder eins-zu-eins oder durch einen Krümmer verbunden sein. Der primäre Zylinder 26 kann gemäß dem Viertaktzyklus funktionieren.
Jeder sekundäre Dampfzylinder 28 kann mit einem mit Ventil versehenen Einlass 56 für Abgase von dem primären Verbrennungsmotorzylinder, entsprechend dem mit Ventil versehenen Abgasauslass 54 von dem primären Zylinder, einer Wasserdüse 58 und einem mit Ventil versehenen Abgasauslass 60 versehen sein. Jeder sekundäre Dampfzylinder 28 kann einen vergrößerten Gasraum 62 derart enthalten, dass das Volumen innerhalb des sekundären Zylinders 28 in etwa gleich dem Hubraum des primären Verbrennungsmotorkolbens 26' in dem primären Zylinder 26 sein kann, wenn der sekundäre Kolben an dem oberen Totpunkt (OT) ist.
Der sekundäre Kolben 28' kann mit dem primären Kolben 26 durch ein Getriebe verbunden sein, so dass der sekundäre Kolben mit einem Teil der Rate des primären Kolbens umläuft. Dies kann durch die Getriebeanordnung erreicht werden, die in 2A und 2B gezeigt und vorstehend beschrieben ist. Der sekundäre Kolben 28' kann daher dazu geeignet sein, während eines Teils des Zyklus durch die primäre Kurbelwelle 30 angetrieben zu werden und während eines anderen Teils des Zyklus die primäre Kurbelwelle 30 anzutreiben.
Sie Strömung von Gasen und Fluiden durch den primären Zylinder 26 und sekundären Zylinder 28 kann durch Ventile 90, 92 und 94 gesteuert werden, die in größerem Detail unten beschrieben werden. Die Ventile sind typischerweise pro Zylinderpaar drei an der Zahl und angepasst, um sich in Übereinstimmung mit der Funktion des Motors zu öffnen und zu schließen, wie oben beschrieben und in 5 bis 10 gezeigt ist.
In der illustrierten ersten Ausführungsform kann der sekundäre Zylinder 28 in die Atmosphäre ausstoßen. In einer alternativen Ausführungsform kann der sekundäre Zylinder 28 in einen zweitstufigen Motor oder ein anderes Wärmerückgewinnungsmittel ausstoßen. In einer weiteren Ausführungsform kann jeder primäre Zylinder 26 in mehr als einen sekundären Zylinder 28 in Folge ausstoßen. Ausführungsformen, die diese zusätzlichen Ausgestaltungen beinhalten, werden unten in Verbindung mit 11 bis 14 diskutiert.
Zurückkehrend auf die illustrierte erste Ausführungsform von 3 kann der Hybridmotor 20 typischerweise mit einer Zuführung von Fluid zum Kühlen und/oder zur Dampferzeugung versehen sein. Es wird verstanden werden, dass das Fluid typischerweise Wasser sein wird, jedoch auch mit anderen Substanzen gemischtes Wasser oder ein Fluid, eine Mischung von Fluiden, Emulsion oder Lösung neben Wasser sein kann. In der illustrierten Ausführungsform von 3 ist die Zuführung von Fluid ein Fluidreservoir in der Form eines Wassermantels 70, der den primären Zylinder 26 oder beide Zylinder 26, 28 umgibt. Der Zweck des Wassermantels ist es, sowohl den/die Zylinder zu kühlen als auch das Wasser zu erhitzen. Das Wasser kann auf knapp unterhalb seines Siedepunkts erhitzt werden, aber die Temperatur sollte gesteuert werden, so dass das Wasser nicht in dem Mantel siedet.
Der Wassermantel 70 kann mit zwei Auslässen versehen sein. Eine Pumpe oder ein anderes Mittel (nicht gezeigt) kann Wasser aus einem ersten Auslass 72 des Wassermantels beziehen und das Wasser durch einen Radiator (nicht gezeigt) zirkulieren, um die Temperatur des Wassers in dem Wassermantel zu steuern.
Eine Pumpe 76 oder ein anderes Mittel können Wasser aus dem Wassermantel durch einen zweiten Auslass 74 beziehen und das Wasser durch die Wasserdüse 58 als ein Spray 80 atomisierter Wasserpartikel in einen sekundären Zylinder 28 zwingen. Die Flussrate von Wasser und die Feinheit des Sprays können einstellbar sein.
Atmosphärischer oder anderer äußerer Druck kann dahin gehen, das Wasser in dem Wassermantel von einer äußeren Quelle über einen Einlass 78 wieder aufzufüllen. Der Einlass 78 dient auch als der Rückführeinlass für Wasser, das durch den Radiator zirkuliert wurde.
Das atomisierte Wasserspray 80, das in den sekundären Zylinder 28 injiziert wurde, kann dazu neigen, gegenüber heißen Abgasen eine sehr großen Wasser-Oberflächenfläche pro Wasser-Einheitsvolumen aufzuzeigen, welche die gesamte Oberflächenfläche einer sehr großen Anzahl feiner Tröpfchen ist. Das Volumen jedes Tröpfchens kann typischerweise sehr klein sein, so dass eine schnelle Umwandlung von Wasser in Dampf stattfinden kann. Das Wasser, das bereits auf knapp unterhalb seines Siedepunkts während seines Durchgangs durch den Wassermantel 70 erhitzt wurde, kann daher in den Dampfzylinder gesprüht und durch direkten Kontakt mit den Abgasen von dem Verbrennungsmotor, die bei Temperaturen in der Größenordnung von 1.000°F sein können, umgewandelt werden.
Die Rate der Wasserströmung von der Wasserdüse 58 kann so einstellbar sein, dass die maximale Menge Dampf erzeugt werden kann.
Der primäre Kolben 26' und sekundäre Kolben 28' treiben typischerweise die Kurbelwellen 30 bzw. 32 an, wie oben mit Bezug auf 2A und 2B beschrieben.
Wie oben beschrieben, können die Kurbelwellen 30 und 32 so verbunden sein, dass der sekundäre Kolben 28' mit einem Bruchteil der Rate des primären Kolbens 26' und mit einem Phasenwinkel gegenüber dem primären Kolben umläuft. In dieser ersten Ausführungsform kann der sekundäre Kolben typischerweise mit der halben Rate des primären Kolbens mit einem Phasenwinkel von 135 Grad zwischen OT in dem primären Kolben und OT in dem sekundären Kolben umlaufen. Es wird vom Fachmann verstanden werden, dass Phasenwinkel außer 45 und 135 Grad möglich oder sogar bevorzugt sein können.
Wie oben beschrieben, können die primäre und sekundäre Kurbelwelle auch auf eine solche Weise verbunden sein, dass der sekundäre Kolben 28' die primäre Kurbelwelle 30 während eines Teils des Umlaufs antreiben kann und von der primären Kurbelwelle während eines anderen Teils des Umlaufs angetrieben werden kann.
In alternativen Ausführungsformen zu den bereits beschriebenen können mehr als ein sekundärer Zylinder 28 für jeden primären Zylinder 26 vorliegen. Die sekundären Kolben 28' können mit einer anderen Rate als der halben Rate der primären Kolben umlaufen. Die sekundären Kolben 28' können mit Phasenwinkeln außer 45 Grad und 135 Grad zu den primären Kolben 26' umlaufen. Die Bewegung von einem oder beiden der Kolben kann anders als sinusförmig sein.
Mit Bezug auf 4 ist dort ein Diagramm des Rotationszyklus des primären und sekundären Kolbens gezeigt, wobei der Zyklus eines primären Kolbens in dem inneren Kreis 51 und der Zyklus eines sekundären Kolbens in dem äußeren Kreis 53 gezeigt ist. Der Unterschied im Phasenwinkel zwischen dem primären und sekundären Kolben, gemessen zwischen der OT-Position von jedem Kolben, ist als Winkel α gezeigt. Winkel α in dem illustrierten Beispiel ist 135 Grad. 4 zeigt den primären und sekundären Kolben, die als Duplexzyklus, umfassend sechs Phasen, die mit A bis F bezeichnet sind, die in 5 bis 10 gezeigt sind, funktionieren. Der konventionelle Viertaktzyklus des primären Kolbens enthält den Leistungs-, Ausstoß-, Ansaug- und Verdichtungstakt, wie in 4 gezeigt ist. Details jeder Phase des Kreislaufs sind mit Bezug auf 4 und die angezeigten Figuren wie folgt:
Phase A: 5
Phase A beginnt mit dem primären Kolben 26' an dem oberen Totpunkt (OT(pri)) und dem sekundären Kolben 28' in etwa auf einem Viertel des Weges von dem unteren Totpunkt (UT(sec)) nach OT(sec). Das Primärzylinder-Einlassventil 90 und Ausstoßventil 92 sind beide geschlossen. Das sekundäre Ausstoßventil 94 ist geöffnet.
Während Phase A führt der primäre Kolben 26', angetrieben durch die Verbrennung von Treibstoff/Luftgemisch in dem Primärzylinder 26 nach Zündung durch eine Zündkerze 52, seinen Leistungshub vom OT(pri) zum UT(pri) durch, wie durch Pfeil 96 in 5 gezeigt ist. Der sekundäre Kolben 28' bewegt sich Richtung OT(sec), wie durch Pfeil 98 in 5 gezeigt ist, wodurch er einen Teil seines Ausstoßhubs durchführt, wodurch eine benutzte Mischung aus Dampf und Abgasen durch das geöffnete sekundäre Ausstoßventil 94 ausgestoßen wird.
Am Ende von Phase A erreicht der primäre Kolben 26' UT(pri) und der sekundäre Kolben 28' kann etwa drei Viertel des Weges vom UT(sec) in Richtung OT(sec) sein. Das primäre Ausstoßventil 92 öffnet sich und das sekundäre Ausstoßventil 94 verbleibt geöffnet. Das primäre Einlassventil 90 verbleibt geschlossen.
Phase B: 6
Phase B beginnt mit dem primären Kolben 26' am UT(pri). Der sekundäre Kolben 28' kann typischerweise etwa drei Viertel des Weges von UT(sec) zum OT(sec) sein, wobei er sich in Richtung von Pfeil 100 in 6 bewegt. Das primäre Einlassventil 90 ist geschlossen; das primäre Ausstoßventil 92 öffnet sich; das sekundäre Ausstoßventil 94 verbleibt geöffnet.
Während Phase B beginnt der primäre Kolben 26' seinen Ausstoßhub in der Richtung von Pfeil 102 in 6. Der sekundäre Kolben 28' kann typischerweise seinen Ausstoßhub von UT(sec) in Richtung OT(sec) abschließen. Während Phase B drückt der primäre Kolben 26' eine Ladung heißen Abgases in den sekundären Zylinder durch das geöffnete Ventil 92, wodurch die verwendete Mischung von Dampf und Abgas aus dem sekundären Zylinder ersetzt wird. Die Bewegung des sekundären Zylinders zum OT(sec) kann das Ausstoßen dieser Mischung vollenden.
Am Ende von Phase B kann der primäre Kolben 26' typischerweise etwa auf halbem Weg von UT(pri) in Richtung OT(pri) sein. Der sekundäre Kolben 28' erreicht OT(sec). Das primäre Einlassventil 90 verbleibt geschlossen; das primäre Ausstoßventil 92 ist geöffnet; das sekundäre Ausstoßventil 94 schließt sich.
Phase C: 7
Phase C beginnt mit dem primären Kolben 26' in der Mitte seines Ausstoßhubs vom UT(pri) zum CT(pri) und dem sekundären Kolben 28' am OT(sec). Das primäre Einlassventil 90 verbleibt geschlossen; das primäre Ausstoßventil 92 verbleibt geöffnet; das sekundäre Ausstoßventil 94 ist geschlossen.
Während Phase C vollendet der primäre Kolben seinen Ausstoßhub, so dass er OT(pri) erreicht, wie durch Pfeil 104 in 7 angezeigt ist. Der sekundäre Kolben beginnt seinen Hub in Richtung UT(sec), wie durch Pfeil 106 angezeigt ist. Der Transfer einer Ladung heißen Abgases von dem primären zu dem sekundären Zylinder kann typischerweise während Phase C vollendet werden. Die Bewegung des sekundären Kolbens weg vom OT(sec), die den Raum in dem sekundären Zylinder erhöhen kann, kann die Entwicklung von Abgasgegendruck in dem primären Zylinderauslass 54 verhindern und kann tatsächlich einen Unterdruck erzeugen, der die verbleibenden heißen Abgase aus dem primären Zylinder in den sekundären Zylinder zieht.
Am Ende von Phase C kann der primäre Kolben 26' OT(pri) erreichen; der sekundäre Kolben 28' kann in etwa auf einem Viertel des Weges vom OT(sec) in Richtung UT(sec) sein. Das primäre Einlassventil 90 öffnet sich; das primäre Ausstoßventil 92 schließt sich; das sekundäre Ausstoßventil 94 verbleibt geschlossen.
Phase D, 8
Phase D beginnt mit dem primären Kolben 26' am OT(pri), der seinen Ausstoßhub vollendet hat. Der sekundäre Kolben 28' kann typischerweise etwa ein Viertel des Weges vom OT(sec) in Richtung UT(sec) sein. Das primäre Einlassventil 90 öffnet sich; die primären und sekundären Ausstoßventile 92 bzw. 94 sind beide geschlossen.
Während Phase D kann der primäre Kolben typischerweise seinen vollständigen Einsaughub vom OT(pri) zum UT(pri) in der Richtung durchführen, die durch Pfeil 108 in 8 angezeigt ist. Der sekundäre Kolben 28' kann typischerweise seinen Hub von OT(sec) zu UT(sec) fortsetzen. Zu diesem Zeitpunkt kann der sekundäre Zylinder 28 typischerweise mit heißem Abgas aus dem primären Zylinder gefüllt sein. Ein Spray 80 aus Wasser kann in den sekundären Zylinder 28 durch Pumpe 76 über Düse 58 zur Umwandlung in Dampf durch die Hitze von dem Abgas eingespritzt werden. Die Expansion von Wasser, das zu Dampf wird, kann typischerweise einen Überdruck in dem sekundären Zylinder erzeugen, wodurch ein Leistungshub bereitgestellt wird.
Beim Ende von Phase D kann der primäre Kolben 26' typischerweise UT(pri) erreichen. Der sekundäre Kolben 28' kann typischerweise seine Bewegung in Richtung UT(sec) fortsetzen, wie durch Pfeil 110 angezeigt ist. Das primäre Einlassventil 90 schließt, beide Ausstoßventile 92 und 94 verbleiben geschlossen.
Phase E, 9
Phase E beginnt mit dem primären Kolben 26' beim UT(pri). Der sekundäre Kolben 28' bewegt sich in Richtung UT(sec), wie durch Pfeil 112 in 9 angezeigt ist. Das primäre Einlassventil 90 schließt sich; beide Ausstoßventile 92, 94 sind geschlossen.
Während Phase E beginnt der primäre Kolben 26' seinen Kompressionshub in der Richtung, die durch Pfeil 114 in 9 angezeigt ist. Der sekundäre Kolben 28' kann typischerweise seine Bewegung in Richtung UT(sec), angetrieben durch Dampfdruck in dem sekundären Zylinder 28, fortsetzen. Einspritzen eines Wassersprays 80 in den sekundären Zylinder 28 kann typischerweise mit allen oder einem Teil von Phase D zusammenfallen und sich in Phase E fortsetzen.
Beim Ende von Phase E kann der primäre Kolben 26' sich typischerweise in Richtung OT(prim) bewegen; der sekundäre Kolben 28' kann UT(sec) beim Vollenden seines Leistungshubs erreichen. Das Einlassventil 90 und primäre Ausstoßventil 92 verbleiben geschlossen. Das sekundäre Ausstoßventil 94 öffnet sich.
Phase F, 10
Phase F beginnt mit dem sekundären Kolben 28' bei UT(pri). Der primäre Kolben 26' kann sich typischerweise in Richtung OT(pri) bewegen, wie durch Pfeil 116 gezeigt ist. Das primäre Einlassventil 90 und das primäre Ausstoßventil 92 verbleiben beide geschlossen. Das sekundäre Ausstoßventil 94 öffnet sich.
Während Phase F kann der primäre Kolben typischerweise OT(pri) erreichen, wobei er seinen Verdichtungshub vervollständigt. Der sekundäre Kolben kann typischerweise seinen Ausstoßhub beginnen, wodurch die Mischung von Dampf und Abgas durch den sekundären Ausstoßauslass 94 ausgestoßen wird.
Nach dem Ende von Phase F kann der primäre Kolben 26' typischerweise OT(pri) beim Ende seines Verdichtungshubs erreichen. Der sekundäre Kolben 28' kann typischerweise etwa auf einem Viertel des Wegs vom UT(sec) in Richtung OT(sec) sein. Das primäre Einlassventil 90 und das primäre Ausstoßventil 92 sind beide geschlossen; das sekundäre Ausstoßventil 94 ist geöffnet. Der Kreislauf beginnt dann wieder mit Phase A.
In einer anderen Ausführungsform kann das Wasserspray 80 kontinuierlich in den sekundären Zylinder 28 eingespritzt werden. Dampf kann daher im Wesentlichen kontinuierlich erzeugt werden und kann Druck auf den sekundären Kolben 28' ausüben, wann immer sowohl das primäre als auch das sekundäre Ausstoßventil 92, 94 geschlossen sind, die das Austreten des Dampfes verhindern. Es kann typischerweise eingerichtet werden, dass dies eintritt, wenn sich der sekundäre Kolben von dem OT in Richtung UT bewegt; ein den atmosphärischen Druck übersteigender Druck kann daher dahin gehen, den sekundären Kolben anzutreiben, so dass Leistung auf die Kurbelwelle addiert wird. Diese Modifikation würde eine einfachere Weise des Einspritzens von Wasser in den sekundären Zylinder bereitstellen.
In einer anderen Ausführungsform kann der sekundäre Zylinder 28 ohne zusätzlichen Gasraum 62 ausgebildet sein, wie in 3 gezeigt ist. Diese Veränderung würde allgemeine Herstellungsprozesse für sowohl den primären als auch den sekundären Zylinderkopf erlauben. In dieser Anordnung kann nur eine leichte Modifikation eines herkömmlichen Viertaktmotors nötig sein. Experimente können zeigen, dass es, obwohl der Einsaug- und Leistungshub in dem sekundären Zylinder dahin gehen können, einen Abgasgegendruck auszuüben, der dem Ausstoßhub des Primärzylinders entgegen wirkt, immer noch einen Nettogewinn in der thermischen Effizienz, verglichen mit einem herkömmlichen Verbrennungsmotor, geben kann.
In illustrierten Ausführungsformen von 1 bis 11 des vorliegenden Hybridmotors basierte die Motorkonfiguration allgemein darauf, dass jeder primäre Zylinder mit einem sekundären Zylinder gepaart wird. Der vorliegende Hybridmotor ist nicht auf solche Konfigurationen beschränkt, sondern der Primärzylinder und Sekundärzylinder können gleich oder verschieden in Volumen, Anzahl und Aussehen sein.
Zusätzlich sind Hybridmotorkonfigurationen, die mehrfache und mehrstufige Anordnungen von Zylindern enthalten, schematisch in 11 bis 14 gezeigt.
11 ist eine schematische Ansicht einer alternativen mehrfachen Ausführungsform des vorliegenden Hybridmotors 20, in der der primäre Verbrennungsmotorabschnitt 22 zumindest einen primären Zylinder 26 enthält, wobei jeder primäre Zylinder mit einer Mehrzahl sekundärer Zylinder 28 des sekundären Kraftmaschinenabschnitts mit äußerer Verbrennung 24 verbunden ist, um Abgas zuzuführen.
12 ist eine schematische Ansicht einer alternativen mehrfachen Ausführungsform des vorliegenden Hybridmotors 20, bei dem der sekundäre Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung 24 zumindest einen sekundären Zylinder 28 enthält, bei dem jeder sekundäre Zylinder mit einer Mehrzahl primärer Zylinder 26 des primären Verbrennungsmotorabschnitts 22 verbunden ist, um Abgas aufzunehmen.
13 ist eine schematische Ansicht einer noch weiteren mehrfachen Anordnung des vorliegenden Hybridmotors, in der mehrere primäre Zylinder 26 des primären Verbrennungsmotorabschnitts 22 mehreren sekundären Zylindern 28 des Kraftmaschinenabschnitts mit äußerer Verbrennung über einen Abgaskrümmer 99 Abgas zuführen.
Die vorliegende Hybridmotorgestaltung schließt keine mehrfachen Stufen von Dampferzeugung und Expansion aus. Beispielsweise ist 14 eine schematische Ansicht einer mehrstufigen Ausführungsform des vorliegenden Hybridmotors, die einen tertiären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung 27 enthält, der die Abgase von dem sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung 24 aufnimmt, um Dampf in einem tertiären Zylinder 29 für einen Leistungshub eines tertiären Kolbens zu erzeugen.
In allen der verschiedenen Ausführungsformen des vorliegenden Hybridmotors, die oben beschrieben sind, wird die Bewegung der Kolben auf der Grundlage einer Auftragung von Kolbengeschwindigkeit gegen Zeit sinusförmig sein. Es wird verstanden werden, dass die vorliegende Hybridmotorgestaltung eine solche Anordnung, dass die Bewegung des primären und/oder sekundären Kolbens nicht sinusförmig sein mag, nicht ausschließt.
In einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Hybridmotors kann der primäre Verbrennungsmotorabschnitt als ein Zweitaktkreislauf im Gegensatz zu einem Viertaktkreislauf funktionieren. In diesem Fall würden die erhitzen Abgase des Primärzylinders während des Leistungs/Ausstoßhubes des primären Zweitaktmotorabschnitts erzeugt. Wenn das Kopfende des primären Kolbens einen Auslassabschnitt passiert, beginnen die unter Druck stehenden Abgase in den sekundären Zylinder auszuströmen. Wenn der primäre Zylinder seine Bewegung in Richtung des unteren Totpunkts fortsetzt, verdichtet der Kolben ein Luft/Treibstoff/Ölgemisch in dem Kurbelgehäuse, so dass, wenn das Kopfende des Kolbens einen Transferanschluss passiert, die verdichtete Ladung von dem Kurbelgehäuse in den primären Zylinder eintritt und jedes verbleibende Abgas herausgezwungen wird. Der Ansaug/Verdichtungshub beginnt, wenn der primäre Kolben beginnt, sich zu dem oberen Totpunkt zu bewegen. Diese Bewegung komprimiert die Ladung in dem Zylinder und saugt ein Vakuum in dem Kurbelgehäuse, so dass weitere Luft, Treibstoff und Öl eingezogen werden.
In einer noch weiteren Ausführungsform kann der primäre Verbrennungsmotorabschnitt als ein Dieselmotor funktionieren.
Mit Bezug auf 15 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform gezeigt, in der der sekundäre Kolben der sekundären Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung 24 ein doppelt wirkender Kolben 128' ist. In dieser Anordnung nimmt der sekundäre Zylinder 128 einen sekundären Kolben 128' auf, der so ausgestaltet und positioniert ist, dass Gas-(Dampf-)Druck abwechselnd auf beide Seiten des sekundären Kolbens angelegt werden kann. In dieser Ausführungsform hat der sekundäre Zylinder 128 zwei geschlossene Enden 130 im Gegensatz zu der vorher beschriebenen Ausführungsform, in der ein Ende des Zylinders geschlossen ist, während das andere Ende offen sein kann. In dieser Anordnung ist der sekundäre Zylinder 128 mit einem Einlass 150, einem Auslass 160 und einem Fluidinjektor 158 an gegenüberliegenden Enden des Zylinders ausgerüstet. Die sekundäre Kolbenstange 155 in dieser Ausführungsform kann fest an dem sekundären Kolben befestigt sein, wobei die sekundäre Kolbenstange durch eine Abdichtung oder Stoffbuchse 157 in der Endwand des sekundären Zylinders passiert. Die sekundäre Verbindungsstange 158 ist außerhalb des sekundären Zylinders schwenkbar an einer Verbindung 159 mit dem Ende der sekundären Kolbenstange verbunden. Die Zyklusphasen A bis F, die oben beschrieben sind, können typischerweise an beiden Enden des sekundären Zylinders so in Phase stattfinden, dass der Leistungshub in dem sekundären Zylinder in einer abwechselnden Weise auf gegenüberliegende Seiten des sekundären Kolbens angelegt wird. Ein oder mehrere primäre Zylinder 26 können Abgase zu einem Ende des sekundären Zylinders 128 zuführen, während ein oder mehrere andere primäre Zylinder Abgase zu dem anderen Ende des sekundären Zylinders zuführen können. Die Nützlichkeit dieser Ausführungsform liegt in der Kapazität weniger sekundärer Zylinder 128, die Abgase mehrerer primärer Zylinder zu verwenden, was in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen praktisch sein kann.
In einer anderen Ausführungsform können die sekundären Kolben und Zylinder des sekundären Kraftmaschinenabschnitts mit äußerer Verbrennung auf dem Gleichstromsystem angeordnet sein. In dieser Gestaltung kann der Ausstoßanschluss des sekundären Zylinders in der Wand des sekundären Zylinders in einer solchen Position angeordnet sein, dass die Bewegung des sekundären Kolbens zum oder in die Nähe des UT(sec) den Ausstoßanschluss freilegen wird, wodurch eine Strömung von Gasen aus dem sekundären Zylinder ohne die Wirkung eines separaten Ausstoßventils erlaubt wird, das durch die zuerst beschriebene Ausführungsform benötigt wird. Die Nützlichkeit dieser Ausführungsform liegt in der Abwesenheit eines sekundären Ausstoßventils und seines Zeitregelungsmechanismus.
Obwohl die vorliegende Erfindung in einigen Details beispielhaft zum Zwecke von Klarheit und Verständnis beschrieben wurde, wird ersichtlich sein, dass bestimmte Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche durchgeführt werden können.
Zusammenfassung
Hybridmotor, der einen primären Verbrennungsmotorabschnitt und einen sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung verwendet. In einer bevorzugten Anordnung wirkt der sekundäre Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung als eine Kolbendampfmaschine. Die erhitzten Abgase des Verbrennungsmotorabschnitts werden verwendet, um Dampf zu erzeugen, und der Dampf wird verwendet, um den Dampfmaschinenabschnitt anzutreiben, der die Leistungsausgabe der Dampfmaschine zu derjenigen des Verbrennungsmotors hinzufügt. Die thermische Effizienz des Hybridmotors kann höher als die thermische Effizienz eines Verbrennungsmotors ohne Verwendung der Abgaswärme sein. Der Hybridmotor verwendet eine Konfiguration, in der Dampf direkt in der Dampfmaschine erzeugt wird und eine mechanische Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotorabschnitt und dem Dampfmaschinenabschnitt vorliegt, mit dem Ergebnis, dass der Hybridmotor einfach und kostengünstig zu konstruieren und zu warten ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4300353 [0009]
- US 4433548 [0010]
- US 4406127 [0011]
- US 5000003 [0012]
- US 5010852 [0013]
- US 5191766 [0014, 0017, 0058, 0064, 0065, 0065, 0066, 0066]
- US 6202782 [0015]
- US 7047722 [0016]

Claims

Hybridmotor, umfassend: einen primären Verbrennungsmotorabschnitt mit zumindest einem Primärzylinder, der einen Primärkolben zur Hin- und Herbewegung aufnimmt, um eine primäre Kurbelwelle anzutreiben; einen sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung mit zumindest einem Sekundärzylinder, der einen Sekundärkolben für eine Hin- und Herbewegung aufnimmt, um eine sekundäre Kurbelwelle anzutreiben; ein Getriebesystem, das die primäre und sekundäre Kurbelwelle miteinander verbindet; einen Einlass in den zumindest einen Primärzylinder, gesteuert durch ein Einlassventil, um dem zumindest einen Primärzylinder Treibstoff zuzuführen, um einen Leistungshub für den Primärkolben zu erzeugen; einen Auslass von dem zumindest einen Primärzylinder, gesteuert durch ein erstes Auslassventil zum Ausstoßen von Abgasen aus dem zumindest einen Primärzylinder an einem Ausstoßhub des Primärkolbens, wobei der Auslass mit dem zumindest einen Sekundärzylinder in Verbindung steht; einen Auslass von dem zumindest einen Sekundärzylinder, gesteuert durch ein zweites Auslassventil, um Abgase aus dem zumindest einen Sekundärzylinder zu leiten; ein Fluidreservoir, um in dem zumindest einen Primärzylinder erzeugte Wärme zu speichern; und einen Fluideinlass, um Fluid aus dem Fluidreservoir in den zumindest einen Sekundärzylinder zum Kontaktieren mit den erhitzten Abgasen zum Verdampfen in ein Gasvolumen zuzuführen, um einen Leistungshub für den Sekundärkolben zu erzeugen, wobei die Leistungshübe des Primär- und Sekundärkolbens zu einer Rotation der primären Kurbelwelle beitragen.
Hybridmotor nach Anspruch 1, bei dem das Fluidreservoir einen Fluidmantel umfasst, der angepasst ist, um zumindest den primären Verbrennungsmotorabschnitt zu kühlen.
Hybridmotor nach Anspruch 2, wobei sich der Fluidmantel um den sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung erstreckt.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der primäre Verbrennungsmotorabschnitt als ein Viertaktmotor arbeitet.
Hybridmotor nach Anspruch 4, bei dem der primäre Verbrennungsmotor unter Verwendung von Funkenzündung arbeitet.
Hybridmotor nach Anspruch 4, bei dem der primäre Verbrennungsmotor unter Verwendung von Verdichtungszündung arbeitet.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der primäre Verbrennungsmotorabschnitt als ein Zweitaktmotor arbeitet.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der sekundäre Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung als eine Dampfmaschine arbeitet.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der sekundäre Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung als eine Kolbendampfmaschine mit offenem Kreislauf arbeitet.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der primäre Verbrennungsmotorabschnitt und der sekundäre Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung mit verschiedenen Umdrehungsgeschwindigkeiten arbeiten.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der primäre Verbrennungsmotorabschnitt und der sekundäre Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung derart arbeiten, dass sich die sekundäre Kurbelwelle langsamer als die primäre Kurbelwelle dreht.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Sekundärkolben des sekundären Kraftmaschinenabschnitts mit äußerer Verbrennung mit der halben Umdrehungsgeschwindigkeit des Primärkolbens des Verbrennungsmotorabschnitts arbeitet.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der primäre Verbrennungsmotorabschnitt und der sekundäre Dampfmaschinenabschnitt mit einer Phasendifferenz zwischen den Motorabschnitten arbeiten.
Hybridmotor nach Anspruch 13, bei dem die Phasendifferenz 135 Grad zwischen dem oberen Totpunkt in dem Primärkolben des primären Verbrennungsmotorabschnitts und dem oberen Totpunkt in dem Sekundärkolben des sekundären Dampfmaschinenabschnitts ist.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Getriebesystem, das die primäre und sekundäre Kurbelwelle miteinander verbindet, umfasst: ein primäres Zahnrad, das mit der primären Kurbelwelle drehbar ist; ein sekundäres Zahnrad, das mit der sekundären Kurbelwelle drehbar ist; ein Zwischengetriebe, das das primäre Zahnrad und das sekundäre Zahnrad verbindet, um es der sekundären Kurbelwelle zu ermöglichen, Drehmoment auf die primäre Kurbelwelle zu übertragen, und der primären Kurbelwelle, Drehmoment auf die sekundäre Kurbelwelle zu übertragen.
Hybridmotor nach Anspruch 15, bei dem das Zwischengetriebe umfasst: ein primäres Zwischenzahnrad, das in das primäre Zahnrad eingreift; ein sekundäres Zwischenzahnrad, das in das sekundäre Zahnrad eingreift; und eine Vorgelegewelle, die das primäre Zwischenzahnrad mit dem sekundären Zwischenzahnrad verbindet.
Hybridmotor nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Zahnräder es den Kurbelwellen erlauben, mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu rotieren, und die Zahnräder bemessen sind, um es der sekundären Kurbelwelle zu erlauben, mit einer von der primären Kurbelwelle abweichenden Drehgeschwindigkeit zu arbeiten.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem die primäre Kurbelwelle und die sekundäre Kurbelwelle koaxial ausgerichtet sind.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der Verbrennungsmotorabschnitt und der Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung in einem einzigen Motorblock ausgebildet sind.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem jeder der zumindest einen Primärzylinder mit einer Mehrzahl Sekundärzylinder in Verbindung steht.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem jeder der zumindest einen Sekundärzylinder mit einer Mehrzahl Primärzylinder in Verbindung steht.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, in dem es mehrere Primärzylinder gibt, die mit mehreren Sekundärzylindern über einen Abgaskrümmer in Verbindung stehen.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, mit einem tertiären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung, der die Abgase von dem sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung aufnimmt.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei dem der Sekundärzylinder der sekundären Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung einen doppelt wirkenden Kolben aufnimmt, der angepasst ist, um erhitzte Abgase und Fluid von dem Fluidreservoir abwechselnd zu beiden Seiten des doppelt wirkenden Kolbens zugeführt zu bekommen.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem der Fluideinlass zum Zuführen des Fluids zu dem zumindest einen Sekundärzylinder umfasst: eine Pumpe, um das Fluid unter Druck zuzuführen; und eine Düse, um das Fluid unter Druck als ein Spray atomisierter Tröpfchen in den Sekundärzylinder einzuspritzen.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 25, bei dem das Fluid in dem Fluidreservoir auf einer erhöhten Temperatur unterhalb des Siedepunkts des Fluids gehalten wird.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 26, bei dem das Fluid in dem Fluidreservoir aus einer Fluidquelle wieder aufgefüllt wird.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 27, bei dem das Fluidreservoir einen Wärmetauscher zum Steuern der Temperatur des Fluids enthält.
Hybridmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 28, bei dem der zumindest eine Sekundärzylinder mit einem vergrößerten Volumen im Vergleich mit dem zumindest einen Primärzylinder ausgebildet ist.
Hybridmotor nach Anspruch 29, bei dem das vergrößerte Volumen des zumindest einen Sekundärzylinders einen zusätzlichen Gasraum enthält, so dass das Volumen von jedem Sekundärzylinder im Wesentlichen gleich einem Hubraum von jedem Primärkolben in dem Primärzylinder ist, wenn der Sekundärkolben an dem oberen Totpunkt (OT) ist.
Hybridmotor, umfassend: einen primären Verbrennungsmotorabschnitt, um eine primäre Kurbelwelle anzutreiben; einen sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung, um eine sekundäre Kurbelwelle anzutreiben; ein Getriebesystem, das die primäre und sekundäre Kurbelwelle miteinander verbindet; einen Einlass, um dem primären Verbrennungsmotorabschnitt Treibstoff zuzuführen, um Leistung zum Antreiben der primären Kurbelwelle zu erzeugen; einen Auslass aus dem primären Verbrennungsmotor, um erhitzte Abgase auszustoßen, wobei der Auslass mit dem sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung in Verbindung steht; einen Auslass von dem sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung zum Auslassen von Abgasen; ein Wärmereservoir, um durch den primären Verbrennungsmotorabschnitt erzeugte Wärme zu speichern; und ein Fluidreservoir zum Zuführen von Fluid zu dem sekundären Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung, zum Kontakt mit den Abgasen zum Verdampfen in ein Gasvolumen, um Leistung zu erzeugen, um die sekundäre Kurbelwelle anzutreiben, wobei eine Rotation der sekundären Kurbelwelle zu einer Rotation der primären Kurbelwelle beiträgt.
Hybridmotor nach Anspruch 31, bei dem das Wärmereservoir und das Fluidreservoir dasselbe Reservoir sind.
Hybridmotor nach Anspruch 31 oder 32, bei dem der sekundäre Kraftmaschinenabschnitt mit äußerer Verbrennung als eine Dampfmaschine arbeitet.