DE112018000276B4

DE112018000276B4 - Gaswärmepumpe und Regelungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE112018000276B4
Application number: DE112018000276.4T
Authority: DE
Inventors: Jihoon JUN; Kwanho YUM; Song Choi
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2038-01-17
Also published as: US10823130B2; KR20180084248A; WO2018131978A1; US20200032759A1; KR101980713B1; DE112018000276T5

Abstract

Verfahren zum Steuern einer Gaswärmepumpe mit einem Kompressor zum Komprimieren von Kältemittel und einem Gasmotor zum Antreiben des Kompressors, wobei der Gasmotor umfasst: eine Motorverbrennungseinheit mit einer Mehrzahl von Brennkammern und einer Zündkerze, die an jeder der Motorbrennkammern angeordnet ist, zum Verbrennen eines Gemisches aus Luft und Kraftstoff, wobei das Verfahren umfasst:Bestimmen einer Kältemittelladung basierend auf einem Kühl- oder Heizmodus oder einer Temperatureinstellung (S412);Bestimmen einer Ausgangsmenge des Gasmotors basierend auf der bestimmten Kältemittelbeladung (S412);Festlegen einer Soll-Zündenergiemenge (S413), die von der Zündkerze benötigt wird, basierend auf der Ausgangsmenge;Zünden der Zündkerze in jeder Brennkammer (S420);Messen einer Größe eines Stroms, der sich basierend auf einer an die Zündkerze angelegten Spannung und basierend auf einer Verweilzeit der Zündkerze ändert, in Echtzeit für jede Zündzeit;Vergleichen einer von der Zündung erzeugten Ist-Ausgangsenergiemenge mit der festgelegten Soll-Zündenergiemenge (S431); undÄndern einer Energiemenge, die zum Zünden des Kraftstoffs erforderlich ist, wenn die Ausgangsenergiemenge und die Soll-Zündenergiemenge nicht gleich sind (S432); undBestimmen, ob sich der Betriebszustand geändert hat, wenn die Ausgangsenergiemenge gleich der Soll-Zündenergiemenge ist (S440),wobei, wenn der Betriebszustand sich geändert hat, das Festlegen der Soll-Zündenergiemenge ein Festlegen einer neuen Kältemittelladung und einer neuen Soll-Zündenergiemenge umfasst (S412, S413).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Gaswärmepumpen und Steuerverfahren dafür, bei denen eine von einer Zündkerze erzeugte Energiemenge berechnet wird und dann ein Zündzustand auf der Grundlage der berechneten Menge variiert.
Stand der Technik
Ein Kältekreislauf bezieht sich allgemein auf einen Kreislauf, in dem der Kreislauf eines Kältemittels verwendet wird, um Wärme zu oder von einem Zielort zuzuführen bzw. zu absorbieren. Ein Kompressor, ein Kondensator, ein Expansionsventil und ein Verdampfer werden verwendet, um diesen Kühlkreislauf auszuführen. Diese Bauteile sind über Kältemittelleitungen miteinander verbunden. Durch einen Phasenwechsel des Kältemittels gibt der Kondensator Wärme an die Umgebung ab und nimmt der Verdampfer die Wärme aus der Umgebung auf.
In diesem Zusammenhang können der Kondensator und der Verdampfer eingerichtet sein zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen dem Kältemittel und Luft oder anderen Fluiden. Daher können der Kondensator und der Verdampfer als ein Wärmetauscher bezeichnet werden, der basierend auf dem Zustand des Kältemittels vor und nach dem Wärmetausch in den Kondensator und den Verdampfer unterteilt werden kann.
Eine Vorrichtung oder ein System zum Heizen oder Kühlen von Innenluft unter Verwendung eines solchen Kühlkreislaufs wird als eine Klimaanlage bezeichnet. Um den Raum durch die Klimaanlage zu heizen, gibt das Kältemittel Wärme an die Raumluft ab. Daher kann in diesem Fall eine Inneneinheit als ein Kondensator und eine Außeneinheit als ein Verdampfer bezeichnet werden. Umgekehrt absorbiert das Kältemittel die Wärme aus der Raumluft, um den Raum durch die Klimaanlage zu kühlen. Daher kann in diesem Fall die Inneneinheit als ein Verdampfer und die Außeneinheit als ein Kondensator bezeichnet werden.
Im Gegensatz zu Häusern sind Kompressoren mit großer Kapazität für industrielle Zwecke und in großen Gebäuden zur Klimatisierung erforderlich. Das heißt, ein Gaswärmepumpensystem, das einen Gasmotor anstelle eines Elektromotors zum Antreiben eines Kompressors zum Komprimieren einer großen Menge eines Kältemittels in ein Hochtemperatur- und Hochdruckgas verwendet, ist weit verbreitet.
Dieses Gaswärmepumpensystem erzeugt die Energie zum Antreiben des Kompressors unter Verwendung eines Motors, der das Gas verbrennt, um den Kühlkreislauf auszuführen.
Im Allgemeinen ist das Gaswärmepumpensystem zum Heizen oder Kühlen durch Betreiben des Kompressors unter Verwendung einer Antriebskraft eines Gasmotors eingerichtet. Dieses System besteht aus einem Kältemittelkreislaufsystem 100 und einem Motorkühlwasserkreislaufsystem 200, wie in 1 gezeigt.
Das Kältemittelkreislaufsystem definiert einen Kältekreislauf oder einen Wärmepumpenkreislauf zum Kühlen oder Heizen des Innenraums und umfasst einen von einem Gasmotor 500 angetriebenen Kompressor zum Komprimieren des Kältemittels, ein Vierwegeventil 15, einen Außeneinheitswärmetauscher 16, ein Heizexpansionsventil 17, ein Inneneinheitsexpansionsventil 18, einen Inneneinheitswärmetauscher 19 und einen Akkumulator 13.
Das Motorkühlwasserkreislaufsystem 200 zirkuliert Motorkühlwasser, um den Gasmotor 500 zu kühlen, und umfasst ein Motorkühlwasser-Dreiwegeventil 21, einen Kühler 22, eine Motorkühlwasserzirkulationspumpe 23, einen Abgaswärmetauscher 24 und dergleichen.
Ferner ist ein Hilfswärmetauscher 25 zwischen dem Kältemittelkreislaufsystem 100 und dem Motorkühlwasserkreislaufsystem 200 derart installiert, dass das Kältemittel über einen Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Motorkühlwasser verdampft wird.
Während des Kühlbetriebs der herkömmlichen auf einem Gasmotor basierenden Kühl- / Heizvorrichtung wird das Vierwegeventil 15 so geschaltet, wie dies durch einen durchgehenden Pfeil in 1 angegeben ist. Dementsprechend strömt das Kältemittel, das durch den vom Gasmotor 500 angetriebenen Kompressor 14 komprimiert und in einen Zustand hoher Temperatur und hohen Drucks gebracht wird, durch das Vierwegeventil 15, das in den Kühlbetriebsmodus geschaltet ist, und wird dann in dem Außeneinheitswärmetauscher 16, der als ein Kondensator fungiert, kondensiert und gibt somit die Kondensationswärme an die Außenluft ab. Das kondensierte flüssige Kältemittel wird in dem Innenraumexpansionsventil 18 dekomprimiert und strömt dann in den Innenraumwärmetauscher 19, der als ein Verdampfer fungiert, in einem Zustand niedriger Temperatur und niedrigen Drucks und verdampft dann darin. Auf diese Weise wird die Kühlung erreicht, indem die für den Verdampfungsprozess erforderliche latente Wärme aus der Raumluft aufgenommen wird.
Ferner durchläuft das Kältemittel, das den Innenraumwärmetauscher 19 durchläuft, den Akkumulator 13, und dann wird nur das gasförmige Kältemittel in den Kompressor gesaugt, wodurch der Kältekreislauf kontinuierlich gebildet wird.
Ferner wird während des Kühlbetriebs das Motorkühlwasser, das den Gasmotor 500 gekühlt hat, über das Motorkühlwasser-Dreiwegeventil 21 zum Kühler 22 geführt und gibt Wärme an die Außenluft im Kühler 22 ab und durchläuft dann den Abgaswärmetauscher 24 durch die Motorkältemittelumwälzpumpe 23 und kehrt dann zum Gasmotor 500 zurück.
Während des Heizbetriebs wird jedoch das Vierwegeventil 15 geschaltet, wie dies durch den gestrichelten Pfeil in 1 angegeben ist. Somit strömt das durch den Kompressor 14 komprimierte Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck in die Inneneinheit I und wird in dem als ein Kondensator fungierenden Innenraumeinheitswärmetauscher 19 kondensiert, so dass eine Erwärmung unter Verwendung der in die Innenraumluft abgegebenen Kondensationswärme auftritt. Das Kältemittel im kondensierten flüssigen Zustand wird auf einen Zustand niedriger Temperatur und niedrigen Drucks dekomprimiert, während es durch das Heizungsexpansionsventil 17 strömt. Dann fließt das Kältemittel in den als ein Verdampfer fungierenden Außenraumwärmetauscher 16 und beginnt, darin zu verdampfen.
Ferner ist die Temperatur der Außenraumluft normalerweise während der Wintersaison niedrig, wenn der Heizbetrieb durchgeführt wird. Um die Verdampfungstemperatur zu senken, nimmt dementsprechend die für den Kompressor erforderliche Leistung zu, wodurch sich die Leistung des Wärmepumpenkreislaufs verschlechtert. Um diese Situation zu verhindern, wird ein Teil der Motorabgaswärme zurückgewonnen und als eine Wärmequelle zum Verdampfen des Kältemittels verwendet. Das heißt, während des Heizbetriebs wird das Motorkühlwasser, das den Gasmotor 500 gekühlt hat, über das Motorkühlwasser-Dreiwegeventil 21 zur Seite des Hilfswärmetauschers 25 geführt und erwärmt somit das in den Hilfswärmetauscher 25 strömende Kältemittel durch den Außenraumwärmetauscher 16, um das Kältemittel zu verdampfen.
Auf diese Weise geht das Kältemittel, das verdampft, während es nacheinander den Außenraumwärmetauscher 16 und den Hilfswärmetauscher 25 durchläuft, durch den Akkumulator 13, so dass nur das gasförmige Kältemittel in den Kompressor 14 gesaugt wird. Somit wird der Wärmepumpenzyklus kontinuierlich gebildet.
Das herkömmliche Gaswärmepumpensystem ist in der koreanischen Patentanmeldung KR 10 2013 0 093 297 A offenbart.
Ferner wurde in dem herkömmlichen Gaswärmepumpensystem die Ausgangsleistung des Gasmotors 500 über die Steuerung der Spannung eingestellt, die an eine in dem Gasmotor 500 vorgesehene Zündkerze angelegt wurde. Wenn jedoch die Ausgangsleistung des Gasmotors 500 nur über die Spannungssteuerung gesteuert wird, besteht ein Problem darin, dass in einem Kompressordrehzahlbereich und einem Bereich, der basierend auf einem Betriebszustand des Kältemittelkreislaufs (Auswahl zwischen Kühlen und Heizen und Temperaturauswahl) ein hohes Drehmoment erfordert, keine optimale Zündenergieabgabe erzielt werden kann.
Aus der US 5 213 080 B1 ist eine Steuervorrichtung für einen Gasmotor bekannt, die dazu ausgelegt ist, das Gas zu einem geeigneten Zeitpunkt zu zünden. Aus der JP 2008 - 291 721 A ist eine Zündvorrichtung für einen Gasmotor bekannt, bei der die Haltedauer der Funkenentladung abhängig von der gemessenen Spannung zwischen den Elektroden variiert wird. Aus der JP 2016 - 113 921 A , JP 2008 - 38 729 A , JP 2001 - 323 863 A und der JP 2007 - 127 369 A sind weitere Gasmotoren von Gaswärmepumpen bekannt.
Offenbarung
Technischer Zweck
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Gaswärmepumpe und ein Steuerverfahren dafür bereit, welche die Verweilzeit gemäß der von einer Zündkerze abgegebenen Menge an Zündenergie variieren können.
Ferner stellt die vorliegende Offenbarung eine Gaswärmepumpe und ein Steuerverfahren dafür bereit, die eine Größe einer an die Zündkerze angelegten Spannung steuern können.
Ferner stellt die vorliegende Offenbarung eine Gaswärmepumpe und ein Steuerverfahren dafür bereit, bei denen immer dann, wenn eine Entladung in der Zündkerze auftritt, eine Rückmeldung dafür bereitgestellt werden kann.
Die gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erreichenden technischen Zwecke sind nicht auf die oben erwähnten technischen Zwecke beschränkt. Andere technische Zwecke, die nicht erwähnt sind, können von Fachleuten auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, aus der folgenden Beschreibung klar verstanden werden.
Technische Lösungen
Unter einem Gesichtspunkt wird, um den Zweck der vorliegenden Offenbarung zu erreichen, ein Verfahren zum Steuern einer Gaswärmepumpe mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereitgestellt. In dem Verfahren umfasst eine Gaswärmepumpe einen Gasmotor mit einer Motorverbrennungseinheit einschließlich einer Mehrzahl von Brennkammern, wobei jede Kammer mit einer Zündkerze versehen ist, wobei das Verfahren unter anderem die folgenden Schritte umfasst: Festlegen einer Soll-Zündenergiemenge basierend auf einer Kältemittelladung, die basierend auf einem Fahrzustand der Gaswärmepumpe bestimmt wird; Zünden von in jede Brennkammer eingespritztem Kraftstoff; Vergleichen einer von der Zündung erzeugten Ist-Ausgangsenergiemenge mit der festgelegten Soll-Zündenergiemenge; und Ändern einer zum Zünden des Kraftstoffs erforderlichen Energiemenge, wenn die Ausgangsenergiemenge und die Soll-Zündenergiemenge nicht gleich sind.
Unter einem zweiten Gesichtspunkt wird, um den Zweck der vorliegenden Offenbarung zu erreichen, eine Gaswärmepumpe mit den Merkmalen von Anspruch 11 bereitgestellt. Die Gaswärmepumpe umfasst unter anderem: einen Kompressor zum Komprimieren von Kältemittel; einen Gasmotor zum Antreiben des Kompressors, wobei der Gasmotor eine Motorverbrennungseinheit mit einer Mehrzahl von Brennkammern umfasst; eine Zündkerze, die an jeder der Motorbrennkammern angeordnet ist, wobei die Zündkerze eine Stoßspannung anlegt; und eine Steuerung zum Steuern einer an die Zündkerze angelegten Spannung und eines Stroms und einer Entladungszeit der Zündkerze, wobei die Steuerung eingerichtet ist zum: Bestimmen einer Kältemittelladung basierend auf einem Betriebszustand der Gaswärmepumpe; Festlegen einer Soll-Zündenergiemenge basierend auf der Kältemittelladung; Vergleichen einer Ist-Ausgangsenergiemenge, die durch eine Zündung der Zündkerze erzeugt wird, mit der Soll-Zündenergiemenge; und Ändern einer zum Zünden des Kraftstoffs erforderlichen Energiemenge basierend auf dem Vergleichsergebnis.
Technische Wirkungen
Die vorliegende Offenbarung hat folgende Wirkungen.
Die vorliegende Offenbarung bewirkt, dass die Verweilzeit in Abhängigkeit von der von der Zündkerze abgegebenen Menge an Zündenergie variiert wird und somit eine genaue Steuerung ermöglicht wird.
Darüber hinaus hat die vorliegende Offenbarung die Wirkung, die Größe der an die Zündkerze angelegten Spannung zu steuern.
Ferner hat die vorliegende Offenbarung die Wirkung, eine Rückmeldung über die Entladung zu liefern, wann immer die Entladung in der Zündkerze auftritt, und sofort mit den Änderungen der Heiz- / Kühl- und Temperatureinstellungen zurechtzukommen.
Die Wirkungen aus der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben erwähnten Wirkungen beschränkt. Andere Wirkungen, die nicht erwähnt sind, können von Fachleuten auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, aus der folgenden Beschreibung klar verstanden werden.
Figurenliste

1 zeigt einen grundlegenden Aufbau eines Gaswärmepumpensystems.
2 veranschaulicht eine Struktur eines Gasmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt eine Struktur einer Motorbrennkammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine vereinfachte Darstellung eines Transformationsprozesses einer Zündkerze gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine vereinfachte Darstellung einer Strommessschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6 ist eine vereinfachte Darstellung eines Zündprozesses in der Motorbrennkammer basierend auf einer Spannung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen grundlegenden Algorithmus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Algorithmus zum Betreiben der Motorbrennkammer unter Verwendung einer Energiemenge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Während die vorliegende Offenbarung verschiedene Änderungen und Abwandlungen erlaubt, sind spezifische Ausführungsformen davon beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gezeigt und werden im Folgenden ausführlich beschrieben. Diese Ausführungsformen sollen jedoch die vorliegende Offenbarung nicht auf die bestimmte offenbarte Form beschränken. Vielmehr umfasst die vorliegende Offenbarung alle Änderungen, Entsprechungen und Ersetzungen, die mit dem Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung, wie sie in den Ansprüchen definiert sind, übereinstimmen.
Es versteht sich auch, dass, wenn ein erstes Element oder eine erste Schicht als „auf“ oder „unter“ einem zweiten Element oder einer zweiten Schicht vorhanden bezeichnet wird, das erste Element direkt auf oder unter dem zweiten Element angeordnet sein kann oder indirekt auf oder unter dem zweiten Element angeordnet sein kann, wobei ein drittes Element oder eine dritte Schicht zwischen dem ersten und dem zweiten Element bzw. der ersten und der zweiten Schicht angeordnet ist.
Es versteht sich, dass, obwohl die Ausdrücke „erste“, „zweite“, „dritte“ usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Bauteile, Bereiche, Schichten und / oder Abschnitte dieser Elemente, Bauteile zu beschreiben, Bereiche, Schichten und / oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden sollen. Diese Begriffe werden verwendet, um ein Element, ein Bauteil, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Element, einem Bauteil, einem Bereich, einer Schicht oder einem Abschnitt zu unterscheiden.
2 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines Gasmotors 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Der Gasmotor 500 umfasst eine Motorverbrennungseinheit 520, die einen Ort definiert, an dem Luft und Kraftstoff verbrannt werden, ein Zufuhrrohr 510, das einem Kanal entspricht, welcher der Motorverbrennungseinheit 520 Luft und Kraftstoff zuführt, ein Abgasrohr 530, das mit der Motorverbrennungseinheit 520 kommuniziert und einem Kanal zum Abführen von aus der Verbrennung erzeugtem Abgas entspricht, und ein Kühlwasserrohr 550 zum Kühlen des durch das Abgasrohr 530 abgegebenen Abgases.
Die Motorverbrennungseinheit 520 umfasst eine Mehrzahl von Brennkammern. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine gerade Anzahl von Brennkammern enthalten. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Eine ungerade Anzahl von Brennkammern kann vorhanden sein. Die Brennkammer umfasst ein Gehäuse 521 (siehe 3), das ein Erscheinungsbild definiert, und eine Zündkerze 523 (siehe 3), um Luft und Kraftstoff in dem Gehäuse 521 zu verbrennen.
Die in das Gehäuse 521 eingebrachte Luft und der Kraftstoff führen über die Zündung (Entladung) der im Gehäuse 521 vorgesehenen Zündkerze 523 zu einer Explosionsreaktion. Als ein Ergebnis der Explosionsreaktion wird ein Zylinder 522 (siehe 3), der in dem Gehäuse 521 vorgesehen sind, einer linearen Hin- und Herbewegung ausgesetzt. Eine kinetische Energie aufgrund der Hin- und Herbewegung des Zylinders dreht eine Kurbel 526 (siehe 3). Die Drehung der Kurbel 526 wird auf eine Drehwelle (nicht gezeigt) übertragen, die mit einem Kompressor verbunden ist, um den Kompressor anzutreiben. Das heißt, die Drehung der Drehwelle entspricht einer Energiequelle zum Betreiben des Kompressors. Das Abgas, das ein Nebenprodukt der Explosionsreaktion ist, wird in das Abgasrohr 530 abgegeben, und das Abgas tauscht Wärme mit dem Kühlwasser aus.
Allgemein weist eine Mehrzahl von Brennkammern die Explosionsreaktion nacheinander in einem vorbestimmten Intervall auf. Das heißt, die Zündkerzen 523, die in den Brennkammern vorgesehen sind, können nacheinander in einem vorbestimmten Intervall entladen werden.
Die Luft und der Kraftstoff, die in die Motorverbrennungseinheit 520 eintreten sollen, werden vor dem Eintritt in die Motorverbrennungseinheit 520 in einem benutzerdefinierten Mischungsverhältnis miteinander gemischt. Die Luft wird durch eine Luftreinigungsvorrichtung 501 in den Gasmotor 500 eingeleitet und der Kraftstoff wird durch einen Nullregler 502 in den Gasmotor 500 eingeleitet. Die so eingeleitete Luft und der Kraftstoff werden in dem Gemisch 503 gemischt und dann durch ein ETC-Ventil (Electronic Throttle Control; Elektronische Drosselsteuerung) 504 in die Zufuhrleitung 510 eingeleitet.
Die Luftreinigungsvorrichtung 501 ist zum Filtern von Fremdstoffen aus Luft derart eingerichtet, dass der Explosionswirkungsgrad innerhalb der Motorverbrennungseinheit 520 maximiert werden kann. Der Nullregler 502 hält den Auslassdruck unabhängig von Änderungen des Drucks und der Durchflussrate des einströmenden Kraftstoffs (Gases) jederzeit konstant. Das Gemisch 503 dient dazu, das Mischungsverhältnis zwischen der von der Luftreinigungsvorrichtung 501 eingeführten Luft und dem von dem Nullregler 502 eingeführten Kraftstoff (Gas) konstant zu halten. Somit kann das Steuern, damit das Mischungsverhältnis zwischen Luft und Brenngas konstant ist, ermöglichen, dass die Steuerung der Verbrennungstemperatur erleichtert wird.
Die Luft und der Kraftstoff, die in dem Gemisch 503 mit einem konstanten Mischungsverhältnis gemischt sind, strömen über das ETC-Ventil 504 nur in der erforderlichen Menge in die Motorverbrennungseinheit 520. Das ETC-Ventil 504 bezieht sich auf ein elektronisches Steuerdrosselsystem, welches das Drosselventil elektronisch steuert. Insbesondere steuert das ETC-Ventil 504 das Öffnen und Schließen des Drosselventils gemäß dem Signal von einem elektronischen Gaspedalmodul. Im Vergleich zu einem mechanischen Drosselventil kann das ETC-Ventil das Öffnen und Schließen genauer steuern.
Die Luft und der Kraftstoff, die durch das ETC-Ventil 504 fließen, strömen in die Zufuhrleitung 510 und werden dann in eine Mehrzahl von Zweigen aufgeteilt, und die verzweigten Fluide strömen jeweils in die Mehrzahl von Gehäusen 521.
In diesem Prozess wird Abgas erzeugt, wenn die Luft und der Kraftstoff jeweils in der Mehrzahl von Gehäusen 521 verbrannt werden. Das so erzeugte Abgas wird durch das Abgasrohr 530 ausgestoßen und strömt dann nacheinander durch den Abgaswärmetauscher 505 und einen Schalldämpfer 506 und wird dann nach außen ausgestoßen.
Währenddessen wird das Kühlwasser von der Kühlwasserpumpe 507 absorbiert und durchläuft nacheinander einen Abgaswärmetauscher 505, einen Abgasverteiler 540 und die Motorverbrennungseinheit 520 und wird dann an den Kühler abgegeben.
3 ist eine Ansicht, die eine detaillierte Struktur einer Brennkammer einer der Motorbrennkammern 520 zeigt.
Das Zufuhrrohr 510 umfasst einen Temperatursensor 513 zum Messen der Lufttemperatur und einen Drucksensor 514 zum Messen eines Drucks eines Gemisches aus Luft und Kraftstoff.
Wenn die Temperatur der Luft, die in das Zufuhrrohr 510 eintritt, zu hoch ist, steigt die Wahrscheinlichkeit einer unvollständigen Verbrennung in der Brennkammer. Daher wird, nachdem die Temperatur der einströmenden Luft unter Verwendung des Temperatursensors 513 gemessen wurde und wenn die gemessene Temperatur über der vorbestimmten Temperatur liegt, eine separate Vorrichtung aktiviert, um den Betrieb in der Motorbrennkammer 520 zu unterbrechen oder die Temperatur der einströmenden Luft zu kühlen.
Ein Verhältnis des unvollständig verbrannten Gases relativ zu der Gesamtheit des Gemisches ändert sich in Abhängigkeit von einem Druck des Gemisches aus Luft und Kraftstoff. Daher wird der Druck des Gemisches unter Verwendung eines Drucksensors 514 gemessen, bevor das Gemisch in das Gehäuse 521 eingeführt wird, um den Druck an den festgelegten optimalen Druck anzupassen. Somit ist es möglich, basierend auf dem durch den Drucksensor 514 gemessenen Wert zu bestimmen, ob der Druck des Gemisches erhöht oder verringert werden soll.
In einem Beispiel kann das Gehäuse 521 einen Zylinderpositionssensor 521a zum Bestimmen der Position des Zylinders und einen Kurbelwellenpositionssensor 521c zum Bestimmen, um wie viel sich die Kurbel 526 gedreht hat, enthalten.
Die Kurbel 526 ist durch den Zylinder 522 über eine Verbindungsstange 527 verbunden. Ein Ende der Verbindungsstange 527 ist drehbar mit einer Welle verbunden, welche die Mitte des Zylinders 522 durchläuft, während das andere Ende davon mit der Kurbel 526 verbunden ist und drehbar mit der Kurbel 526 verbunden ist, um von einer zentralen Drehachse der Kurbel 526 in einem vorbestimmten Abstand beabstandet zu sein.
Wenn sich die Kurbel 526 dreht, ändert sich daher die Position der Verbindungsstange 527 kontinuierlich. Der Zylinder 522 ist innerhalb des Zylindergehäuses 528 derart vorgesehen, dass seine Bewegung nur auf eine lineare Bewegung begrenzt ist. Das Zylindergehäuse 528 ist innerhalb des Gehäuses 521 vorgesehen und kommuniziert mit einem distalen Ende des Zufuhrrohrs 510 und einem distalen Ende des Abgasrohrs 530. Das heißt, das Gemisch aus Luft und Kraftstoff, das dem Zylindergehäuse 528 von dem Zufuhrrohr 510 zugeführt wird, wird durch die Zündkerze 523 innerhalb des Zylindergehäuses 528 gezündet. Das aus der Zündung hervorgehende Abgas kann durch das Abgasrohr 530 nach außen abgegeben werden.
Eine Seitenfläche des Zylinders 522 wird in engen Kontakt mit dem Zylindergehäuse 528 gebracht, so dass sich der Zylinder 522 linear innerhalb des Zylindergehäuses 528 bewegen kann. Die Seitenfläche des Zylinders 522 kann mit speziellen Materialien beschichtet sein, so dass Luft und Kraftstoff zwischen den Oberflächen des Zylinders 52 und des Zylindergehäuses 528 nicht austreten und keine Reibung zwischen den Oberflächen des Zylinders 52 und des Zylindergehäuses 528 auftritt. In einem Beispiel können der Zylinder 52 und das Zylindergehäuse 528 aus einem speziellen Material hergestellt sein, so dass wenig Reibung dazwischen auftreten kann.
Wenn sich die Kurbel 526 dreht, bewegt sich der Zylinder 522 aufgrund einer Änderung der Position der Verbindungsstange 527 linear hin und her.
Ein Punkt, an dem die Zufuhrleitung 510 und das Zylindergehäuse 528 miteinander kommunizieren, wird durch ein Einströmventil 524 gesteuert. Ein Punkt, an dem die Abgasleitung 530 und das Zylindergehäuse 528 miteinander kommunizieren, wird durch ein Ausströmventil 525 gesteuert.
Wenn das Gemisch aus Luft und Kraftstoff in das Zylindergehäuse 528 eingespeist wird, öffnet sich das Einströmventil 524 und schließt sich das Ausströmventil 525. Nachdem das Luft- und Kraftstoffgemisch in das Zylindergehäuse 528 eingetreten ist, wird das Einströmventil 524 geschlossen.
Wenn sowohl das Einströmventil 524 als auch das Ausströmventil 525 geschlossen sind, ist der Zylinder 522 am weitesten von der Kurbel 526 entfernt. Das heißt, das in das Zylindergehäuse 528 eingeleitete Gemisch aus Luft und Kraftstoff wird so weit wie möglich komprimiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Motor so gesteuert, dass eine Entladung in der Zündkerze 523 erzeugt wird.
Die Entladung der Zündkerze 523 verursacht eine Explosionsreaktion des in das Zylindergehäuse 528 eingebrachten Luft- und Kraftstoffgemisches. Somit wird der Zylinder 522 durch eine Explosionskraft, die aus dieser Explosionsreaktion hervorgeht, herausgedrückt. Das heißt, der Zylinder 522 bewegt sich aufgrund der Explosionskraft auf und ab, und somit wird die Kurbel 526 aufgrund der linearen Hin- und Herbewegung des Zylinders 522 gedreht. Die Drehung der Kurbel 526 kann ermöglichen, dass sich die mit der Kurbel 526 verbundene Drehwelle dreht, um den Kompressor zu betreiben.
Das Ausströmventil 525 wird nach der Abgabe geöffnet, um das durch die Entladung der Zündkerze 523 erzeugte Abgas abzugeben. Das Abgas wird durch das Ausströmventil 525 zu einem Abgasrohr 530 abgegeben.
Wenn das Abgas ausgestoßen wurde, wird das Abgabeventil 525 wieder geschlossen und das Einströmventil 524 geöffnet, damit frisches Luft- und Kraftstoffgemisch dorthin strömen kann. Ein solcher Betriebszyklus kann so lange andauern, wie die Brennkammer 520 des Motors betrieben wird.
Die Mehrzahl von Brennkammern kann vorgesehen sein. In diesem Zusammenhang können die Entladungen der Zündkerzen 523 in zumindest einigen der Brennkammern zu unterschiedlichen Zeiten auftreten.
Ein Kühlwassertemperatursensor 521b kann ferner in dem Gehäuse 521 vorgesehen sein. Die Temperatur des Kühlwassers, das der Außenseite des Zylindergehäuses 528 zugeführt wird, wird durch den Kühlwassertemperatursensor 521b gemessen. Wenn die Temperatur des Zylindergehäuses 528 zu hoch ist, kann sich ein Teil davon abnutzen. Wenn gemessen wird, dass die Temperatur des Kühlwassers höher als eine Referenztemperatur ist, kann somit bestimmt werden, dass sich die Motorbrennkammer 520 in einem gefährlichen Zustand befindet, und kann der Betrieb der Motorbrennkammer 520 angehalten werden.
Wie oben beschrieben, kann die Explosionsleistung proportional zu der in das Zylindergehäuse 528 strömenden Luft- und Kraftstoffmenge oder der von der Zündkerze 523 abgegebenen Energiemenge variieren. Das heißt, der Energieverbrauch kann minimiert und die maximale Effizienz kann erreicht werden, wenn die Explosionskraft genau gemäß einer Ladung gesteuert wird, die von dem mit der Motorbrennkammer 520 verbundenen Kompressor benötigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Explosionsleistung des Luft- und Kraftstoffgemisches gesteuert werden, indem die von der Zündkerze 523 abgegebene Energiemenge gesteuert wird. Nach dem Bestimmen einer von dem Kompressor benötigten Kältemittelladung kann eine erforderliche Ausgangsenergie gemäß der bestimmten Ladung berechnet werden, und dann kann die von der Zündkerze 523 abgegebene Energiemenge basierend auf der Ausgangsenergie eingestellt werden.
Die Ausgangsenergie, die basierend auf dieser Last benötigt wird, kann als eine Soll-Zündenergiemenge definiert werden. Um die Soll-Zündenergiemenge zu bestimmen, kann die Steuerung zuerst einen vom Benutzer festgelegten Einstellwert bestimmen. Zum Beispiel kann die Steuerung den einen Heizmodus oder Kühlmodus als vom Benutzer ausgewählt, eine vom Benutzer festgelegte Temperatur und eine Intensität des Luftstroms als vom Benutzer ausgewählt bestimmen. Diese Bestimmung der Einstellwerte kann durch eine Steuerung 600 erfolgen, die in der Gaswärmepumpe vorgesehen ist. Die Steuerung 600 kann als eine Motorsteuereinheit (ECU; Engine Control Unit) 610 ausgeführt sein, um den Betrieb des Motors zu steuern. In einigen Fällen kann die Steuerung 600 als ein separates Bauteil ausgeführt sein, das die ECU 610 steuert und die gesamte Gaswärmepumpe antreibt. Nachfolgend wird ein Beispiel, in dem die Steuerung 600 als die ECU 610 ausgeführt ist, beispielhaft angegeben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Daher werden die Steuerung 600 und die ECU 610 nachstehend unter Verwendung derselben Bezugszahl 610 beschrieben.
In Abhängigkeit von dem Heiz- / Kühlmodus, der eingestellten Temperatur und der Intensität des Luftstroms kann die erforderliche Kältemittelladung variieren. In diesem Zusammenhang kann eine Drehzahl des Kompressors in Abhängigkeit von der erforderlichen Kältemittelladung variieren. Die Ausgabemenge des Gasmotors 500, der den Kompressor dreht, kann gemäß der oben bestimmten Kältemittelladung vorbestimmt sein. Die Beziehung zwischen der Kältemittelladung und der Ausgangsleistung des Gasmotors 500 kann vorab experimentell erhalten und in der Steuerung 610 in Form einer Tabelle vorab gespeichert werden.
Sobald die Ausgangsleistung des Gasmotors 500 bestimmt ist, kann die von der Zündkerze 523 benötigte Ausgangsenergiemenge gemäß dieser Ausgangsleistung bestimmt werden. Das heißt, die erforderliche Kältemittelmenge kann gemäß den vom Benutzer eingestellten Werten wie zum Beispiel Kühl- / Heizmodus, Temperatur oder Windintensität, als vom Benutzer ausgewählt bestimmt werden. Dann kann die Ausgabemenge des Gasmotors 500 gemäß der bestimmten Kältemittelladung bestimmt werden. Schließlich kann die Ausgangsenergiemenge, die von der Zündkerze 523 benötigt wird, gemäß der bestimmten Ausgangsmenge bestimmt werden.
Diese Ausgangsenergiemenge kann durch Variieren einer Länge einer Verweilzeit gesteuert werden. Je länger die Verweilzeit ist, desto größer ist die Strommenge, die in einer Primärspule 611 fließt (siehe 4). Dies liegt daran, dass die Spule als der Induktor fungiert. In dem Induktor nimmt ein Widerstandswert allmählich mit der Zeit ab, nachdem Spannung daran angelegt wurde. Das heißt, während der Wert des Widerstands mit der Zeit allmählich abnimmt, ist die angelegte Spannung konstant. Somit kann die Menge des fließenden Stroms in dem Induktor im Laufe der Zeit allmählich zunehmen.
Wenn eine Zündung (Entladung) von der Zündkerze 523 auftritt, kann eine Zeitdauer, während welcher die Zündung (Entladung) aufrechterhalten wird, in Abhängigkeit von der Größe des der Primärspule 611 zugeführten Stroms variieren. Je größer die Stromstärke ist, desto länger ist die Zeit, während welcher die Zündung (Entladung) beibehalten wird. Je kleiner die Stromstärke ist, desto kürzer ist die Zeit während welcher die Zündung (Entladung) beibehalten wird.
Die Größe der Ausgangsenergiemenge ist mit einer Zeitdauer verbunden, für welche die Zündung (Entladung) stattfindet. Dies liegt daran, dass die Ausgangsenergiemenge durch zeitliches Integrieren eines Produkts der angelegten Spannung und des zugeführten Stroms berechnet wird. Wenn die Verweilzeit länger wird, nimmt daher die in der Primärspule 611 fließende Strommenge allmählich zu. Die Ausgangsenergiemenge kann größer sein, weil die Zeit, für welche die Zündung (Entladung) aufrechterhalten wird, verlängert wird.
In einem Beispiel kann die Ausgangsenergiemenge durch Variieren der Größe der angelegten Spannung eingestellt werden. Wenn die Größe der an die Primärspule 611 angelegten Spannung zunimmt, kann eine höhere Spannung in der Sekundärspule 612 erzeugt werden.
Wenn die Größe der an die Primärspule 611 angelegten Spannung zunimmt, kann ferner die gewünschte Strommenge auch dann erreicht werden, wenn die Verweilzeit kurz ist. Das heißt, selbst wenn die gleiche Verweilzeit verwendet wird, kann der Betrag des Stroms, der erreicht wird, gemäß der Größe der zu Beginn angelegten Spannung variieren. Um die gleiche Soll-Strommenge zu erreichen, ist die Verweilzeit umso kürzer, je größer die angelegte Spannung ist.
Zusammenfassend kann die Größe der Ausgangsenergiemenge durch Ändern der Länge der Verweilzeit und der Größe der an die Primärspule 611 angelegten Spannung gesteuert werden.
Wenn die Zündkerze 523 unter Verwendung der Größe der Ausgangsenergie gesteuert wird, besteht ein Vorteil darin, dass die Ausgangsleistung des Gasmotors 500 gemäß der Kältemittelladung des Kompressors genauer gesteuert werden kann.
4 und 5 zeigen eine einfache Schaltung zum Messen von Spannung und Strom.
4 zeigt eine Schaltung, die eine niedrige Spannung auf eine hohe Spannung anhebt. Um das Gemisch aus Luft und Kraftstoff zu zünden, ist es möglich, die Spannung auf 20000 bis 30000 Volt anzuheben, um einen Funken zu erzeugen. Eine an der Schaltung angebrachte Batterie gibt jedoch eine niedrige Spannung von 10 bis 30 Volt aus.
Zur Spannungserhöhung wird eine elektromagnetische Induktion eines aus einer Spule bestehenden Transformators 610 verwendet. Die den Transformator 610 bildende Spule kann zum Beispiel eine Sekundärspule 612 mit etwa 20000 bis 30000 Windungen eines dünnen Kupferdrahtes mit etwa einer Dicke eines Haares, das um einen stabförmigen Eisenkern gewickelt ist, und die Primärspule 611 mit 150 bis 300 Windungen eines Kupferdrahtes von etwa 0,5 bis 1 mm Dicke, der in der gleichen Richtung wie die Sekundärspule um einen stabförmigen Eisenkern gewickelt ist, umfassen.
In diesem Zusammenhang kann der Eisenkern als ein Elektromagnet wirken, wenn der Strom in der Primärspule 611 fließt, indem eine Spannung angelegt wird, oder der Stromfluss unterbrochen wird. Ein Strom einer hohen Spannung kann aufgrund eines elektromagnetischen Induktionsphänomens durch die Sekundärspule 612 fließen, wenn der in der Primärspule 611 fließende Strom endet.
Ein in der Schaltung bereitgestelltes Schaltelement 640 kann den in der Primärspule 611 fließenden Strom blockieren. Wenn das Schaltelement 640 ein Zündsignal von der Steuerung oder ECU 610 empfängt, kann das Schaltelement 640 den in der Primärspule 611 fließenden Strom blockieren, so dass eine hohe Spannung in der Sekundärspule 612 induziert wird. In diesem Zusammenhang kann das Schaltelement 640 einen Leistungstransistor, zum Beispiel einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), verwenden.
Ein Teil, das die Primärspule 611 enthält und den Stromfluss in der Primärspule 611 zulässt oder nicht zulässt, kann als ein Zündspulenteil 601 bezeichnet werden. Ein Teil, das die Sekundärspule 612 und die Zündkerze 523 enthält, kann als ein Zündkerzenteil 602 definiert werden.
Der Betrieb der Zündkerze 523 ist nicht darauf beschränkt. Das oben beschriebene Schema entspricht einem Volltransistor-Zündschema. Eine Punktzündung oder verteilerlose Zündschemata können verwendet werden.
5 zeigt eine Schaltungsstruktur, die in der Lage ist, Strom gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu messen.
Die Strommessung erfolgt durch Messen des Stroms, der durch einen Nebenschlusswiderstand 631 fließt, der einen sehr kleinen Widerstandswert aufweist. Zu diesem Zeitpunkt misst die Strommesseinheit 630 den durch den Nebenschlusswiderstand 631 fließenden Strom. Eine Spannung wird über eine Spannungsmesseinheit 620 gemessen. Die an die Zündkerze 523 angelegte Energiemenge kann im Voraus berechnet werden, indem die Schaltung bereitgestellt wird, die in der Lage ist, die Spannung und den Strom im Voraus zu messen.
6 zeigt eine Spannung, die an jede von vier Brennkammern in der Brennkammer 520 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angelegt wird. Bezugnehmend auf 6 ist die Änderung der Spannung gezeigt, die an die Primärspule 611 in jeder Brennkammer angelegt wird. Die Zündkerzen 523 in den Brennkammern können nacheinander Zündungen ausführen.
Die Spannung, die der Kapazität der Batterie entspricht, kann konstant an die Zündkerze 523 angelegt werden, bevor die Zündung auftritt. Wenn das Schaltelement 640 nach Empfang des Signals von der Steuerung 610 den der Primärspule 611 zugeführten Strom blockiert, kann in der Sekundärspule 612 eine hohe Spannung erzeugt werden.
Die Verweilzeit kann vorhanden sein, um die der Primärspule 611 zugeführte Strommenge zu steuern. Diese Verweilzeit entspricht einer unteren Periode eines Impulses (angezeigt durch einen bidirektionalen Pfeil) in 6. Nach der Verweilzeit unterbricht das Schaltelement 640 den der Primärspule 611 zugeführten Strom, so dass eine hohe Spannung in der Sekundärspule 612 erzeugt wird. Dies kann zu einer Zündung (Entladung) von der Zündkerze 523 führen.
7 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das einen Betrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Messung der Spannung und des Stroms erforderlich sein, da die Intensität der Zündung basierend auf der Energiemenge gesteuert wird, die erzeugt wird, wenn eine Zündung (Entladung) in der Zündkerze 523 auftritt.
Daher kann ein Schritt S100 erforderlich sein, in dem eine Schaltung zum Messen der an die Primärspule 611 angelegten Spannung und des darin fließenden Stroms für jeden Zylinder 522 vorbereitet wird.
Der Gasmotor 500 kann unter Verwendung der Schaltung aktiviert werden, welche die Spannung und den Strom messen kann (S200).
Wenn der Gasmotor 500 aktiviert wird, können die an die Primärspule 611 angelegte Zündspulenspannung und der darin fließende Strom in Echtzeit durch die Steuerung 610 bei S300 gemessen werden. Dies kann in Echtzeit erfolgen, um zu bestimmen, ob die Soll-Zündenergiemenge jedes Mal erreicht wird, wenn eine Zündung (Entladung) von einer einzelnen Zündkerze 523 auftritt. Dann kann die Ist-Ausgangsenergiemenge basierend auf der gemessenen Information berechnet werden und kann in einer nächsten Zündung bedacht werden.
Anschließend kann ein Prozess S400 zum Durchführen einer optimalen Steuerung des Gasmotors 500 basierend auf der gemessenen Information durchgeführt werden.
Wie oben beschrieben, ist der Prozess S400 zum Durchführen einer Steuerung des Gasmotors 500 basierend auf der gemessenen Information gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung eines Flussdiagramms in 8 detailliert dargestellt.
In einem Beispiel können der Kühlmodus oder der Heizmodus, die Temperatureinstellung und / oder die Intensität des Luftstroms von der Steuerung 610 als vom Benutzer oder über ein automatisches System festgelegt oder ausgewählt bestimmt werden. Das heißt, der Heiz-/Kühl-Betriebszustand (Heiz- / Kühlzyklus) kann in S410 festgelegt werden.
Die Steuerung 610 kann die obigen Einstellbedingungen von außen empfangen. Somit können die Betriebszustände zumindest einer der Einstellung des Kühl- und Heizmodus, der Temperatureinstellung und der Intensitätseinstellung des Luftstroms umfassen.
Insbesondere kann die Steuerung 610 in Schritt S411 eine Heiz- / Kühlzyklusbedingung festlegen.
Wenn der Kühl- / Heiz-Betriebszustand eingestellt wurde, bestimmt die Steuerung 610 die erforderliche Kältemittelladung gemäß dem festgelegten Zustand. Das heißt, die Steuerung 610 kann die Ladung basierend auf dem Kühl- / Heiz- und dem Zykluszustand bestimmen. Diese Bestimmung kann in Echtzeit erfolgen. Alternativ kann die Ladung basierend auf dem Kühl- / Heiz- und Zykluszustand aus der in der Steuerung 610 gespeicherten Tabelle bestimmt werden.
Die Steuerung 610 legt dann die Soll-Zündenergiemenge gemäß der erforderlichen Kältemittelladung fest (S413). Diese Soll-Zündenergiemenge kann durch die Steuerung 610 festgelegt werden. Alternativ kann die Soll-Zündenergiemenge basierend auf der Kältemittelladung unter Verwendung der vorgespeicherten Tabelle bestimmt werden.
Wenn die Soll-Zündenergiemenge wie oben beschrieben festgelegt wird, kann die Steuerung 610 die Zündkerze 523 in der Brennkammer steuern, um bei S420 eine einmalige Zündung (Entladung) zu erzeugen.
In diesem Fall kann die Ist-Ausgangsenergiemenge berechnet werden, indem die Größe des zugeführten Stroms gemessen wird, der sich gemäß der an die Primärspule 611 angelegten Spannung und der Verweilzeit während einer einmaligen Zündentladung ändert. Diese Berechnung kann von der Steuerung 610 durchgeführt werden.
Wenn die Ist-Ausgangsenergiemenge berechnet wurde, kann die Steuerung 610 bestimmen, ob die Soll-Zündenergiemenge und die Ausgangsenergiemenge gleich sind, und den Zündzustand basierend auf der Bestimmung variieren.
Insbesondere wenn die Ist-Ausgangsenergiemenge berechnet wurde, kann die Steuerung 610 die Soll-Zündenergiemenge und die Ausgangsenergiemenge vergleichen und in Schritt S431 bestimmen, ob sie zueinander gleich sind.
In diesem Zusammenhang kann die Steuerung 610 die zur Zündung erforderliche Energiemenge korrigieren, wenn sich die Soll-Zündenergiemenge und die Ausgangsenergiemenge voneinander unterscheiden. In einem Beispiel kann die Steuerung 610 die Verweilzeit in Schritt S432 korrigieren.
Wenn zum Beispiel die Ausgangsenergiemenge kleiner als die Soll-Zündenergiemenge ist, kann die Steuerung die Verweilzeit vor der Zündung in einer nächsten Zündzeit erhöhen. Wenn die Verweilzeit erhöht worden ist, wird die Größe des der Primärspule 611 vor der Zündung (Entladung) zugeführten Stroms erhöht, und die Zeit, für welche die Zündung (Entladung) andauert, kann weiter erhöht werden. Daher wird die Ausgangsenergiemenge bei der nächsten Zündung (Entladung) groß.
Wenn im Gegensatz dazu die Ausgangsenergiemenge größer als die Zündenergiemenge ist, kann die Verweilzeit bei der nächsten Zündung verringert werden. Wenn die Verweilzeit verringert wurde, wird die Größe des der Primärspule 611 vor der Zündung (Entladung) zugeführten Stroms verringert, und die Zeit, für welche die Zündung (Entladung) aufrechterhalten wird, kann weiter verringert werden. Daher kann die Ausgangsenergiemenge bei der nächsten Zündung (Entladung) verringert werden.
In einem Beispiel kann, obwohl es in 8 nicht gezeigt ist, ein Prozess zum Korrigieren der zum Zünden erforderlichen Energiemenge eingestellt werden, indem die Größe der an die Primärspule 611 angelegten Spannung variiert wird.
Wenn die Spannungsgröße verringert wird, während die Verweilzeit festgelegt wird, kann die Größe des der Primärspule 611 zugeführten Stroms abnehmen, bevor die Zündung (Entladung) auftritt. Dementsprechend kann die Zeit, für welche die Zündentladung aufrechterhalten wird, weiter verringert werden.
Wenn somit die Ausgangsenergiemenge größer als die Soll-Zündenergiemenge ist, kann die Größe der an die Primärspule 611 angelegten Spannung bei der nächsten Zündung verringert werden. Wenn die Ausgangsenergiemenge kleiner als die Soll-Zündenergiemenge ist, kann die Größe der an die Primärspule 611 angelegten Spannung bei der nächsten Zündung erhöht werden.
Da ein letztes Kriterium die Ausgangsenergiemenge ist, können die Verweilzeit und / oder die Größe der Spannung in Abhängigkeit von der Situation geändert werden, um die Ausgangsenergiemenge zu ändern.
Wenn in einem Beispiel die Ausgangsenergiemenge und die Soll-Zündenergiemenge gleich sind, kann die Steuerung bestimmen, ob die Kühl- / Heizbedingung, Temperatureinstellung und Luftflussintensitätseinstellung vom Benutzer oder dem System geändert wurden. Das heißt, die Steuerung kann bestimmen, ob ein neuer Betriebszustand festgelegt ist (S440).
In diesem Zusammenhang variiert die erforderliche Kältemittelladung, wenn die Einstellung geändert wird oder wenn der neue Betriebszustand festgelegt wird. Wenn die Kältemittelladung geändert wird, kann somit die Soll-Zündenergiemenge geändert werden. Wenn sich die Einstellungen geringfügig ändern, muss die Steuerung möglicherweise die obigen Schritte ausführen.
In diesem Zusammenhang kann, wenn die Einstellung geändert wird oder wenn der neue Betriebszustand festgelegt wird, der Kältemittelladungsbestimmungsschritt S412 basierend auf der geänderten Einstellbedingung erneut ausgeführt werden. Wenn die erforderliche Soll-Zündenergiemenge dann basierend auf der geänderten erforderlichen Kältemittelladung zurückgesetzt wird, kann eine neue Zündung (Entladung) von der Zündkerze 523 auftreten.
In einem Beispiel kann, wenn es keine neue Einstellungsänderung gibt, die Steuerung bestimmen, ob der Motor noch läuft oder nicht (S450).
In diesem Zusammenhang führt, wenn der Motor nicht weiterläuft, die Zündkerze die Zündung nicht aus, da die Zündung (Entladung) nicht erforderlich ist (S460).
Im Gegensatz dazu kann, wenn der Motor weiterläuft, das Verfahren zu Schritt S420 zurückkehren, in dem eine neue Zündung (Entladung) von der Zündkerze 523 auftreten kann. Sofern nicht die neue Einstellungsänderung auftritt oder der Motor weiterläuft, kann die Steuerung kontinuierlich bestimmen, ob die Ausgangsenergiemenge und die Soll-Zündenergiemenge bei jedem Auftreten der Zündung (Entladung) gleich sind. Wenn bestimmt wird, dass die Ausgangsenergiemenge und die Soll-Zündenergiemenge gleich sind, kann die Verweilzeit korrigiert werden oder kann die Größe der angelegten Spannung korrigiert werden.
Wie oben beschrieben, kann, da die Steuerung 610 die Ausgangsenergiemenge bei jedem Auftreten einer Zündung von der Zündkerze 523 bestimmen und korrigieren kann, die Energieeffizienz im Vergleich zu der herkömmlichen stark verbessert werden. Da die Steuerung die Rückmeldung auf der Grundlage der Energiemenge empfängt, kann die Steuerung die Zündung (Entladung) im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren genauer steuern.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie sie hier und in den Zeichnungen offenbart sind, veranschaulichen lediglich spezifische Beispiele zum Zwecke des Verständnisses. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung soll nicht auf die Ausführungsformen beschränkt sein. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass andere Änderungen, die auf dem technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung beruhen, zusätzlich zu den hierin offenbarten Ausführungsformen möglich sind.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Offenbarung hat die Motorsteuerung die Wirkung, die Verweilzeit gemäß der Menge der von der Zündkerze abgegebenen Zündenergie zu variieren und eine präzise Steuerung zu erreichen.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Gaswärmepumpe mit einem Kompressor zum Komprimieren von Kältemittel und einem Gasmotor zum Antreiben des Kompressors, wobei der Gasmotor umfasst: eine Motorverbrennungseinheit mit einer Mehrzahl von Brennkammern und einer Zündkerze, die an jeder der Motorbrennkammern angeordnet ist, zum Verbrennen eines Gemisches aus Luft und Kraftstoff, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Kältemittelladung basierend auf einem Kühl- oder Heizmodus oder einer Temperatureinstellung (S412); Bestimmen einer Ausgangsmenge des Gasmotors basierend auf der bestimmten Kältemittelbeladung (S412); Festlegen einer Soll-Zündenergiemenge (S413), die von der Zündkerze benötigt wird, basierend auf der Ausgangsmenge; Zünden der Zündkerze in jeder Brennkammer (S420); Messen einer Größe eines Stroms, der sich basierend auf einer an die Zündkerze angelegten Spannung und basierend auf einer Verweilzeit der Zündkerze ändert, in Echtzeit für jede Zündzeit; Vergleichen einer von der Zündung erzeugten Ist-Ausgangsenergiemenge mit der festgelegten Soll-Zündenergiemenge (S431); und Ändern einer Energiemenge, die zum Zünden des Kraftstoffs erforderlich ist, wenn die Ausgangsenergiemenge und die Soll-Zündenergiemenge nicht gleich sind (S432); und Bestimmen, ob sich der Betriebszustand geändert hat, wenn die Ausgangsenergiemenge gleich der Soll-Zündenergiemenge ist (S440), wobei, wenn der Betriebszustand sich geändert hat, das Festlegen der Soll-Zündenergiemenge ein Festlegen einer neuen Kältemittelladung und einer neuen Soll-Zündenergiemenge umfasst (S412, S413).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ändern der zum Zünden des Kraftstoffs erforderlichen Energiemenge ein Ändern einer Verweilzeit umfasst (S432).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei, wenn die Ausgangsenergiemenge größer als die Soll-Zündenergiemenge ist, die Verweilzeit abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei, wenn die Ausgangsenergiemenge kleiner als die Soll-Zündenergiemenge ist, die Verweilzeit zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ändern der zum Zünden des Kraftstoffs erforderlichen Energiemenge ein Einstellen einer an die Zündkerze angelegten Spannung umfasst (S432).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei, wenn die Ausgangsenergiemenge größer als die Soll-Zündenergiemenge ist, eine Größe der Spannung abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei, wenn die Ausgangsenergiemenge kleiner als die Soll-Zündenergiemenge ist, eine Größe der Spannung zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, wenn sich der Betriebszustand nicht geändert hat, Bestimmen, ob der Gasmotor aktuell läuft (S450).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei, wenn der Gasmotor aktuell anhält, die Zündung endet (S460).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl die Ausgangsenergiemenge als auch die Soll-Zündenergiemenge durch Integrieren eines Produkts einer an die Zündkerze angelegten Spannung und eines Stroms über die Zündzeitdauer berechnet werden.
Gaswärmepumpe umfassend: einen Kompressor zum Komprimieren von Kältemittel; einen Gasmotor (500) zum Antreiben des Kompressors, wobei der Gasmotor (500) eine Motorverbrennungseinheit (520) mit einer Mehrzahl von Brennkammern umfasst; eine Zündkerze (523), die an jeder der Motorbrennkammern angeordnet ist, wobei die Zündkerze (523) eine Stoßspannung anlegt; und eine Steuerung (600, 610) zum Steuern einer an die Zündkerze (523) angelegten Spannung und eines an die Zündkerze (523) angelegten Stroms und einer Entladungszeit der Zündkerze (523), wobei die Steuerung (600, 610) eingerichtet ist zum: Bestimmen einer Kältemittelladung basierend auf einem Kühl- oder Heizmodus oder einer Temperatureinstellung; Festlegen einer Soll-Zündenergiemenge, die von der Zündkerze benötigt wird, basierend auf der Ausgangsmenge; Messen einer Größe eines Stroms, der sich basierend auf einer an die Zündkerze (523) angelegten Spannung und basierend auf einer Verweilzeit der Zündkerze (523) ändert, in Echtzeit für jede Zündzeit; Vergleichen einer von einer Entladung der Zündkerze (523) erzeugten Ist-Ausgangsenergiemenge mit der Soll-Zündenergiemenge; und Ändern einer Energiemenge, die zum Zünden des Kraftstoffs erforderlich ist, wenn die Ausgangsenergiemenge und die Soll-Zündenergiemenge nicht gleich sind; und Bestimmen, ob sich der Betriebszustand geändert hat, wenn die Ausgangsenergiemenge gleich der Soll-Zündenergiemenge ist, wobei, wenn der Betriebszustand sich geändert hat, das Festlegen der Soll-Zündenergiemenge ein Festlegen einer neuen Kältemittelladung und einer neuen Soll-Zündenergiemenge umfasst.
Gaswärmepumpe nach Anspruch 11, wobei die Steuerung (600, 610) zum Ändern einer Verweilzeit eingerichtet ist, wenn die Ausgangsenergiemenge und die Soll-Zündenergiemenge nicht gleich sind.
Gaswärmepumpe nach Anspruch 11, wobei die Steuerung (600, 610) zum Ändern einer Größe einer an die Zündkerze (523) angelegten Spannung eingerichtet ist, wenn die Ausgangsenergiemenge und die Soll-Zündenergiemenge nicht gleich sind.