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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für Hybridfahrzeug.
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Ein
Fahrzeug mit Hybrid-Antrieb ist zum Beispiel mit einem elektrischen
Antriebsmotor ausgerüstet,
der über
eine an Bord des Fahrzeugs mitgeführte Batterie und einen Antriebsmotor
mit innerer Verbrennung versorgt wird. Das Fahrzeug nutzt daher mehrere
Energiequellen, insbesondere einen Kraftstoff und eine in der Batterie
gespeicherte Elektroenergie.
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Hybridfahrzeuge
bieten mehrere Betriebsarten und sind in der Lage, die Antriebsmotoren
in Abhängigkeit
von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs, insbesondere um den Energieverbrauch
und Schadstoffemissionen einzuschränken, zu nutzen.
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Daher
können
diese Fahrzeuge zum Beispiel in einer elektrischen Betriebsart arbeiten,
in welcher die Antriebsenergie durch einen Elektromotor geliefert
wird, oder in einer Hybridbetriebsart, in welcher die Antriebsenergie
durch den Elektromotor und die Wärmekraftmaschine
geliefert wird, die dann gemeinsam in regelbaren Verhältnissen
arbeiten, wobei der Elektromotor mit Energierückgewinnung arbeiten kann.
Im Allgemeinen ist eine Steuereinheit zur Bestimmung der zu verwendenden
Betriebsart und zur Steuerung der Motoren vorgesehen.
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Während des
Betriebs des Hybridfahrzeugs in der elektrischen Betriebsart, komprimiert
die Verbrennungskraftmaschine die Luft, die innerhalb von Brennräumen vorhanden
ist, wobei auf diese Weise ein hohes Widerstandsmoment erzeugt wird,
was insbesondere einen erhöhten
Energieverbrauch des Fahrzeugs bewirkt.
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In
dieser Hinsicht ist aus der
US-Patentschrift B1-6,223,708 eine Verbrennungskraftmaschine
für ein
Hyb ridfahrzeug bekannt, die mit mindestens einem Zylinder, einem
Zylinderkopf, der den Zylinder verschließt, und innerhalb dessen Einlass-
und Auslassventile angeordnet sind, und einem Nockenwellenschieber,
der das Öffnen
und Schließen
der Einlassventile nach verschiedenen Regeln erlaubt, versehen ist.
Wenn das Fahrzeug in der elektrischen Betriebsart arbeitet, ist
der Nockenwellenschieber ebenfalls zur Steuerung der Verschiebung
der Einheit der Auslassventile in einer Weise angepasst, dass die
innerhalb des Motors vorhandene Luft abgeleitet werden kann.
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Neben
der Tatsache, dass die Anbringung eines Nockenwellenverschiebers
erforderlich ist, um eine Dekompression des Motors zu ermöglichen, wenn
das Fahrzeug in einer elektrischen Betriebsart arbeitet, weist diese
Lösung
den Nachteil auf, dass sie keine unabhängige Steuerung der Auslassventile der
einzelnen Motorzylinder erlaubt.
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Ferner
ist aus der
US-Patentschrift 4,936,273 eine
Verbrennungskraftmaschine für
ein Hybridfahrzeug bekannt, die einen Hydraulikkreis umfasst, der
teilweise innerhalb eines Zylinderkopfes des Motors angeordnet ist
und die das Verschieben eines Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine steuern
kann, wenn das Hybridfahrzeug in einer elektrischen Betriebsart
arbeitet.
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Dieses
Konzept hat den Nachteil, dass der Zylinderkopf geändert werden
muss, damit der Hydrauliksteuerkreis zu angeordnet werden kann.
Darüber
hinaus erhöht
der Einsatz eines Hydraulikkreises, der insbesondere mit einer Pumpe,
einem Behälter,
Versorgungsleitungen und einem Aktuator versehen ist, wesentlich
die Herstellungskosten der Wärmekraftmaschine
und des Hybridfahrzeugs.
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Die
US-Patentschrift 4,543,927 sieht
eine Verbrennungskraftmaschine für
ein Hybridfahrzeug vor, die einen elektromechanischen Aktuator umfasst,
der auf einem Zylinderkopf des Motors angebaut ist, um das Verschieben
eines Auslassventils des Motors zu ermöglichen, wenn das Fahrzeug
in elektrischer Betriebsart arbeitet.
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Auf
eine ähnliche
Weise bedingt diese Lösung
eine Änderung
des Zylinderkopfes des Motors sowie das Hinzufügen eines zusätzlichen
Elements, das hohe Herstellungskosten verursacht.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt folglich als Aufgabe zugrunde, diese
Nachteile mit Hilfe von besonders einfachen Mitteln und relativ
niedrigen Kosten zu beheben, um eine Ableitung der innerhalb einer
Verbrennungskraftmaschine eines Hybridfahrzeugs vorhandenen Luft
zu ermöglichen.
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Zu
diesem Zweck wird eine für
ein Hybridfahrzeug bestimmte Verbrennungskraftmaschine-Zündkerze
verwendet, aufweisend einen Elektromotor und die Verbrennungskraftmaschine,
wobei die Zündkerze
mit einem Körper
versehen ist, der mindestens teilweise innerhalb eines Brennraums des
Motors angeordnet werden soll, eine Lufteinlassöffnung, die auf der Höhe eines
Distalabschnitts des Körpers
angebracht ist, eine Luftauslassöffnung,
die auf der Höhe
eines Proximalabschnitts des Körpers angebracht
ist, einen Luftauslasskanal, der innerhalb des Körpers angeordnet ist und die Öffnungen
verbindet, ein mobiles Element, das in der Lage ist, den Kanal zu
verschließen,
und Mittel zur Betätigung
des mobilen Elements. Die Druckschrift
JP-A-09 079 018 beschreibt
ein Beispiel einer solchen Zündkerze.
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Durch
den Einsatz einer solchen Zündkerze lässt sich
auf besonders wirtschaftliche Weise eine Ableitung der Luft, die
innerhalb des Motors vorhanden ist, ausführen, insbesondere wenn das
Hybridfahrzeug in einer elektrischen Betriebsart arbeitet, wobei
auf diese Weise eine wesentliche Reduzierung des Widerstandsmo ments
des Motors ermöglicht wird.
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In
der Tat erfordert diese Lösung
keine Änderung
des Zylinderkopfes des Motors, wobei die Zündkerze angepasst ist, um anstelle
einer herkömmlich benutzten
Zündkerze
angeordnet zu werden. Diese Lösung
bietet daher den Vorteil, dass keine zusätzlichen Elemente, die Herstellungs-
und Montageerfordernisse sowie hohe Herstellungskosten bedingen, hinzugefügt werden
müssen,
um eine sichere und wirksame Steuerung der Dekompression des Motors zu
ermöglichen.
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Ferner
ist es auch möglich,
mit derartigen Zündkerzen
das Abschalten des Luftauslasses Zylinder für Zylinder auf vorteilhafte
Weise in der Zündfolge
der Verbrennungskraftmaschine vorzusehen, um eine bessere Optimierung
des Energieverbrauchs des Motors zu erreichen. Des Weiteren ermöglicht der
Einsatz solcher Zündkerzen,
eventuelle Wartungsvorgänge
besonders schnell und leicht auszuführen. Gemäß der Erfindung umfassen die
Betätigungsmittel
auf vorteilhafte Weise ein Magnetventil.
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Insbesondere
umfassen die Betätigungsmittel
eine Spule, die auf dem Körper
angeordnet ist und ein Magnetfeld bilden kann, und ein Organ, das
innerhalb des Auslasskanals angeordnet ist und eine permanente Kraft
auf das mobile Element ausüben kann,
wobei das aus einem metallischen Werkstoff hergestellte Element
in einer Weise angeordnet ist, dass es magnetisch mit der Spule
zusammenwirkt.
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In
einer Ausführungsform
wird das mobile Element gleichförmig
geradlinig innerhalb des Ablasskanals geführt und durch mindestens einen
Anschlag, der auf der Höhe
des Kanals aufgebracht ist, blockiert.
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Die
Zündkerze
kann ein Heizelement umfassen, wobei die Eingangsöffnung in
der Nähe
eines oberen Endes des Heizelements angebracht ist.
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Vorteilhafterweise
weist der Auslasskanal eine T-Form auf.
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Die
Zündkerze
umfasst vorzugsweise ein Mittel zur Befestigung auf einem Zylinderkopf
des Motors.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Verbrennungskraftmaschine für ein Hybridfahrzeug,
die mit einem Elektromotor und der Verbrennungskraftmaschine versehen
ist, aufweisend mindestens einen Zylinder und einen Zylinderkopf,
der den Zylinder verschließt
und einen Brennraum definiert, eine Zündkerze, die mit einem Körper versehen
ist, der teilweise innerhalb des Brennraums des Motors angeordnet ist.
Die Zündkerze
ist ferner versehen mit einer Lufteinlassöffnung, die auf der Höhe eines
innerhalb des Brennraums des Motors angeordneten Distalabschnitts
des Körpers
angebracht ist, einer Luftauslassöffnung, die auf der Höhe eines
Proximalabschnitts des Körpers
angebracht ist, einen Luftauslasskanal, der innerhalb des Körpers angeordnet
ist und die Öffnungen
in einer Weise verbindet, dass eine Ableitung der innerhalb des
Brennraums vorhandenen Luft möglich
ist, ein mobiles Element, das in der Lage ist, den Auslasskanal
zu verschließen,
und Mittel zur Betätigung
des mobilen Elements gemäß dem Betrieb des
Motors.
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Die
Erfindung betrifft schließlich
ein Verfahren zur Dekompression einer Verbrennungskraftmaschine
eines Hybridfahrzeugs, in dem der Luftauslass innerhalb des Motors
mit Hilfe einer Zündkerze des
Motors gemäß der Betriebsart
des Fahrzeugs realisiert wird.
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Die
Erfindung lässt
sich besser bei der Betrachtung eines beschriebenen Ausführungsbeispiels,
das in keiner Weise beschränkend
ist und durch die beiliegende Zeichnung veranschaulicht wird, verstehen.
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In
der Figur ist eine Verbrennungskraftmaschine-Zündkerze mit dem Bezugszeichen 1 in
ihrer Bauform auf einem Zylinderkopf 2 einer Verbrennungskraftmaschine
angeordnet. Die hier dargestellte Zündkerze 1 ist eine
Dieselmotor-Glühkerze.
Es ist jedoch ohne weiteres denkbar, dass auch eine Benzinmotor-Zündkerze
zum Einsatz kommen kann.
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Die
Zündkerze 1 umfasst
einen Körper 3 von länglicher
Form, der sich in einer Hauptachse 4 erstreckt und ein
Element 5 zur Befestigung aufweist, das auf dem Zylinderkopf 2 angeordnet
ist, und einen zylinderförmigen
Stutzen 6, der an einem unteren Ende des Elements 5 angeordnet
ist und teilweise innerhalb eines Brennraums 7, der durch
die obere Fläche
eines Kolbens (nicht dargestellt) und den Zylinderkopf 2 gebildet
wird, herauskommt.
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Das
im Allgemeinen zylinderförmige
Element 5 weist ein Gewinde 8 auf einem Teil seiner
zylinderförmigen
Außenfläche auf,
das die Befestigung der Zündkerze 1 auf
dem Zylinderkopf 2 ermöglicht,
eine Bohrung 9 und einen Radialvorsprung 10, der
sich axial in der Nähe
einer Oberseite des Zylinderkopfes 2 befindet. Ein unteres
Ende des Elements 5 springt leicht innerhalb des Brennraums 7 hervor.
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Der
Stutzen 6, der innerhalb der Bohrung 9 des Elements 5 befestigt
ist, ist an einem unteren Ende geschlossen. Der Stutzen 6 grenzt
einen unteren Raum 11 ab, der die Bohrung 9 im
Wesentlichen senkrecht nach unten verlängert. Innerhalb des Raums 11 und
der Bohrung 9 ist ein Körper 11a angeordnet,
der aus Keramik ausgeführt
ist. Der Körper 11a erstreckt
sich ab dem unteren Ende des Stutzens 6 bis in die Nähe des oberen
Endes des Elements 5. Innerhalb des Stutzens 6 sind
hier ein Heizelement wie ein elektrischer Heizwiderstand 12 und
ein Widerstandsdraht 13, die mit dem elektrischen Wider stand 12 verbunden
sind, angeordnet.
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Der
Draht 13 erstreckt sich ab dem Stutzen 6 bis in
die Nähe
des oberen Endes des Körpers 3 und ist
mit Hilfe einer Aussparung (nicht dargestellt) an einen Verbinder 14 angeordnet,
der auf der zylinderförmigen
Außenfläche des
Stutzens 5 in der Nähe
der Oberseite des Zylinderkopfes 2 angeordnet ist.
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Die
Zündkerze 1 umfasst
ferner eine ringförmige
Spule 15, die auf ein oberes Ende des Elements 5,
gegen den Körper 11a gestützt, angeordnet
ist, und einen zylinderförmigen
Halter 16, der am oberen Ende des Elements 5 angeordnet
ist. Die Spule 15 ist teilweise innerhalb der Bohrung 9 des
Elements 5 und teilweise innerhalb einer Aussparung des
Halters 16 angeordnet. Die Spule 15 kann mit Hilfe
von Verbindungsdrähten 17,
hier eine Anzahl von zwei, mit Strom versorgt werden, und die den
Halter 16 durchqueren, um in Bezug auf ein oberes Ende
des Halters herauszuragen.
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Der
Stutzen 6 umfasst außerdem
in der Nähe
des unteren Endes des Elements 5 eine Lufteintrittsöffnung 18,
die die Dicke des Stutzens durchquert. Ab der Öffnung 18 ist innerhalb
des Körpers 11a ein
Auslasskanal 19 angebracht. Der Kanal 19 umfasst
eine erste zylinderförmige
Aussparung 19a, die sich radial ab der Öffnung 18 zum Inneren
des Körpers 11a erstreckt,
der in Richtung der Spule 15 axial nach oben durch eine
zweite zylinderförmige Aussparung 19b verlängert ist,
welche sich bis zum oberen Ende des Körpers 11a erstreckt.
Die. zweite Aussparung 19b ist hier im Wesentlichen auf
die Achse 4 des Körpers 3 zentriert.
Es kann jedoch auch erwogen werden, diese Aussparung exzentrisch
anzuordnen, zum Beispiel im Fall einer Anwendung mit einem Benzinmotor,
der eine Zündkerze
aufweist, die eine zentrale Elektrode umfasst.
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Eine
dritte zylinderförmige
Aussparung 19c, die sich radial erstreckt, schließt sich
in der Nachbarschaft des oberen Endes des zweiten Teils 19b an und
erstreckt sich bis zu einer Austritts- oder Auslassöffnung 20,
die auf der Höhe
des Vorsprungs 10 des Elements 5 angebracht ist.
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In
anderen Worten umfasst der Körper 3 eine Eintrittsöffnung 18,
die auf der Höhe
eines Distalabschnitts des vorspringenden Körpers innerhalb des Brennraums 7 angebracht
ist, eine Auslassöffnung 20,
die auf der Höhe
eines Proximalabschnitts des Körpers,
der sich außerhalb
des Zylinderkopfes 2 befindet, angebracht ist, und einen
Auslasskanal 19, der sich zwischen den Öffnungen 18, 20 erstreckt.
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Der
Auslasskanal 19 umfasst auf der Höhe der Aussparung 19b radiale
Ausstülpungen,
die nach innen gerichtet sind und Anschläge 21 und 22 bilden. Die
Anschläge 21, 22 befinden
sich in der Nähe
der Aussparung 19c der Auslassleitung 19. Selbstverständlich lässt sich
auch erwägen,
anstelle der Anschläge
einen kontinuierlichen und nach innen gerichteten, ringförmigen Radialwulst
vorzusehen.
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Die
Zündkerze 1 weist
ferner ein mobiles Element 23 auf, vorteilhafterweise aus
einem metallischen Stoff, das teilweise innerhalb der Aussparung 19b des
Auslasskanals 19 und teilweise innerhalb eines Raums, der
durch die Spule 15 abgegrenzt ist, angeordnet ist. Die
Zündkerze 1 weist
einen Aktuator, zum Beispiel eine Feder 24, auf, die hier
in dem Raum angeordnet ist, wobei ein Ende der Feder 24 auf
einer unteren Fläche
des Halters 16 angehängt ist,
wobei das andere Ende der Feder 24 auf dem mobilen Element 23 angehängt ist.
Die Feder 24 ist auf diese Weise in der Lage, eine permanente
Kraft auf das mobile Element 23 auszuüben.
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Das
mobile Element 23 ist in der Lage, sich zwischen einer
eingezogenen Stellung in Bezug auf die Aussparung 19c des
Auslasskanals 19 in einer Weise zu verschieben, dass ein
Umlauf zwischen de Einlassöffnungen 18 und
den Auslassöffnungen 20 ermöglicht wird,
und einer ausgezogenen Stellung, in welcher sich das mobile Element 23 gegen
die Anschläge 21 und 22 in
einer Weise stützt,
dass der Luftumlauf zwischen den Öffnungen 18 und 20 unterbrochen
wird. In der ausgezogenen Stellung verstopft das mobile Element 23 das
innere Ende der Aussparung 19c den Auslasskanal 19.
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Ein
Hybridfahrzeugs, das mit einem Elektromotor und einer Verbrennungskraftmaschine,
die eine derartige Zündkerze
umfasst, versehen ist, weist folgende Betriebsart auf.
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Wenn
das Hybridfahrzeug in der elektrischen Betriebsart arbeitet, steuert
eine Steuereinheit des Motors die Versorgung der Spule 15 mit
Hilfe der Verbindungsdrähte 17,
wodurch ein Magnetfluss erzeugt wird, der das mobile Element 23 in
seine eingezogene Stellung anzieht, wobei die Feder 24 komprimiert wird.
Dieser Vorgang ermöglicht
folglich, dass der Brennraum des Motors auf den atmosphärischen Druck
gebracht wird. Beim Betrieb des Fahrzeugs in einer Hybridbetriebsart
stoppt die Steuereinheit die Versorgung der Spule 15, was
ein Verschieben des mobilen Elements 23 unter der Einwirkung
der Feder 24 verursacht, bis es in Kontakt mit den Anschlägen 21 und 22 in
einer Weise tritt, dass der Luftauslass nach außen abgeschaltet wird. Die
Steuereinheit kann dann das Einspritzen des Dieselkraftstoffs durch
Einspritzdüsen
(nicht dargestellt) steuern. Die Spule 15 und die Feder 24 stellen
Betätigungsmittel des
mobilen Elements 23 dar, wobei die Elemente folglich ein
Magnetventil bilden.
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Selbstverständlich lässt sich
auch, wie zuvor angesprochen, ein ähnliches Konzept für Zündkerzen
von benzinbetriebenen Wärmekraftmaschinen
in Betracht ziehen, die auf ähnliche
Weise mit Lufteinlass- und auslassöffnun gen, einem Auslasskanal
und einem mobilen Element, das sich betätigen lässt, versehen sind.
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Mittels
der vorliegende Erfindung lässt
sich folglich, eine Zündkerze
erreichen, die einen besonders einfachen und wirksamen Aufbau hat,
um den Auslass der innerhalb eines Brennraums eines Motors vorhandenen
Luft in einer Weise auszuführen, dass
der Energieverbrauch eines Hybridfahrzeugs beim Betrieb in einer
elektrischen Betriebsart verbessert werden kann, während bei
einer Hybridbetriebsart der Luftauslass nach außen allmählich Zylinder für Zylinder
in der Zündfolge
der Wärmekraftmaschine
abgeschaltet werden kann.