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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, die für ein schnelles Aufwärmen wirksam ist.
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STAND DER TECHNIK
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Eine Brennkraftmaschine entnimmt die chemische Reaktionsenergie (thermische Energie) aus einem Kraftstoff als kinetische Energie. In solch einer Brennkraftmaschine werden Benzin, Leichtöl usw. als ein Kraftstoff verwendet. Wenn Benzin als der Kraftstoff verwendet wird, ist der Kreislauf der Brennkraftmaschine der „Otto-Kreislauf“. Eine Vielzahl von Technologien zum Erweitern eines Abschnitts positiver Arbeit (ein schattierter Bereich in
8) in einem PV-Diagramm, von einem Kompressionshub zu einem Verbrennungshub während des Otto-Kreislaufs, sind entwickelt worden (siehe beispielsweise
JP-H8-296447 A ).
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Jedoch müssen die Technologien des Stands der Technik zum Erweitern des Abschnitts der positiven Arbeit die folgenden Probleme (1) bis (3) überwinden:
- (1) Da ein Brennkraftmaschinenkörper, ein Kühlwasser und ein Schmieröl zu der Zeit eines Kaltstarts eine niedrige Temperatur haben, ist eine Reibungskraft (an beispielsweise einem Gleitkontaktteil zwischen einem Kolben und einem Zylinder) einer Brennkraftmaschine groß. Eine Kraftstoffverbrennung kann unstabil werden, so dass eine Kraftstoffwirtschaftlichkeit verschlechtert sein kann und ein Emissionsgas sich erhöhen kann;
- (2) In einem Fall, in dem eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug montiert ist, ist eine Erwärmungsgeschwindigkeit eines Insassenabteils bei dem Kaltstart relativ gering; und
- (3) Bei einem Leerlaufverringerungssteuerungsfahrzeug und einem Hybridfahrzeug, das einen Motor und eine Maschine verwendet, können die vorteilhaften Effekte von diesen vor einem Aufwärmen der Maschine nicht vollständig erhalten werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Brennkraftmaschine vorzusehen, die ihre Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern kann, ausgestoßene schädliche Gase verringern kann und ihren Antriebskomfort verbessern kann.
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Eine Brennkraftmaschine hat einen Zylinder, einen Kolben, eine Leistungsausgabeeinheit, die mit dem Kolben gekoppelt ist, eine Brennkammer, eine Zündkerze, die in der Brennkammer angeordnet ist, ein Einlassventil und ein Auslassventil. Die Brennkraftmaschine hat des Weiteren eine Wärmeerzeugungskammer benachbart zu der Brennkammer, ein Wärmeerzeugungskammerventil, das entweder einen Verbindungszustand oder einen Absperrzustand zwischen der Wärmeerzeugungskammer und der Brennkammer einrichten kann, und eine Wärmeerzeugungskammerwärmerückgewinnungseinheit zum Rückgewinnen von Wärme eines Gases in der Wärmeerzeugungskammer, um dadurch die rückgewonnene Wärme zum Aufwärmen zu nützen.
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Des Weiteren ist die Brennkraftmaschine mit einer HC-Reinigungseinheit zum Oxidieren von Kohlenwasserstoffen, die in dem Verbrennungsgas enthalten sind, und einer Reinigungseinheitwärmerückgewinnungseinheit versehen, die benachbart zu der HC-Reinigungseinheit vorgesehen ist, zum Ausführen eines Wärmetauschs zwischen Wärme, die durch Oxidation des Verbrennungsgases erzeugt wird, und Wärme eines Maschinenkühlwassers, um dadurch Wärme rückzugewinnen, die in der HC-Reinigungseinheit erzeugt wird.
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Die Brennkraftmaschine, die vorstehend beschrieben ist, ist mit der Wärmeerzeugungskammer versehen, die benachbart zur Brennkammer ist. Wenn das Wärmeerzeugungskammerventil geöffnet ist, um die Wärmeerzeugungskammer und die Brennkammer zu verbinden, wird das Verbrennungsgas in die Wärmeerzeugungskammer eingeleitet, in der die Wärme durch die Wärmeerzeugungskammerwärmerückgewinnungseinheit zurückgewonnen wird. Des Weiteren, da Wärme zurückgewonnen wird, während die Kompression in einem äußerst niedrigen Zustand ist, wird das meiste an thermischer Energie, die aufgrund einer Verbrennung erzeugt wird, nicht in kinetische Energie umgewandelt, so dass eine Wärmerückgewinnungseffizienz verbessert ist. Als eine Folge kann eine Aufwärmzeit verkürzt werden.
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Des Weiteren ist die Maschine mit der HC-Reinigungseinheit und der Reinigungseinheitwärmerückgewinnungseinheit versehen, die zur Verbesserung der Wärmerückgewinnungseffizienz beitragen. Im Speziellen, in einem Fall, in dem das Luft-Kraftstoffgemisch in der Brennkammer verbrannt wird, ist es nicht möglich, das Luft-Kraftstoffgemisch vollständig zu verbrennen. Unverbrannte Kohlenwasserstoffe sind in dem Verbrennungsgas enthalten. Demzufolge ist in der vorliegenden Offenbarung die Maschine mit der HC-Reingungseinheit zum Oxidieren der unverbrannten Kohlenwasserstoffe versehen, die in dem Verbrennungsgas enthalten sind. Wenn die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, die in dem Verbrennungsgas enthalten sind, oxidiert werden, wird auch Wärme zu der Zeit der Oxidation erzeugt. Diese Wärme wird durch die Reinigungseinheitwärmerückgewinnungseinheit zurückgewonnen, die vorgesehen ist, um benachbart zu der HC-Reinigungseinheit zu sein. Als eine Folge wird die Wärmerückgewinnungseffizienz weiter verbessert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Das Vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden offensichtlicher von der folgenden detaillierten Beschreibung, die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht ist.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen allgemeinen Aufbau einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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2 ist eine Draufsicht, die schematisch einen ebenen Aufbau der Brennkraftmaschine zeigt;
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3 ist eine Seitenansicht, die schematisch einen Seitenaufbau der Brennkraftmaschine zeigt;
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4 ist ein Blockdiagramm, das ein Aufbaubeispiel eines Steuergeräts zum Steuern der Brennkraftmaschine zeigt;
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5 ist eine Betriebsansicht, die Übergänge eines Drucks im Inneren einer Brennkammer und eines Drucks im Inneren der Wärmeerzeugungskammer in einem Fall zeigt, in dem ein Maschinenausgabemodus ausgewählt ist;
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6 ist eine Betriebsansicht, die Übergänge eines Drucks im Inneren einer Brennkammer und eines Drucks im Inneren der Wärmeerzeugungskammer in einem Fall zeigt, in dem ein Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist;
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7 ist eine Betriebsansicht, die Übergänge in jeweiligen Zuständen eines Kolbens, eines Einlassventils, eines Auslassventils und eines Wärmeerzeugungskammerventils in einem Fall zeigt, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist;
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8 ist ein PV-Diagramm in einem Fall, in dem der Maschinenausgabemodus ausgewählt ist;
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9 ist ein PV-Diagramm in einem Fall, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist;
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10A ist ein schematisches Diagramm, das ein jeweiliges Verlustverhältnis in einem Fall zeigt, in dem der Maschinenausgabemodus ausgewählt ist;
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10B und 10C sind schematische Diagramme, die ein Verlustverhältnis in einem Fall zeigen, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist;
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11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Maschine gemäß einer Modifikation zeigt; und
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12 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen allgemeinen Aufbau der Brennkraftmaschine gemäß der anderen Modifikation zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 1 bis 11 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen allgemeinen Aufbau der Brennkraftmaschine 1 zeigt. 2 ist eine Draufsicht, die schematisch einen ebenen Aufbau der Brennkraftmaschine 1 zeigt, und 3 ist eine Seitenansicht, die schematisch einen seitlichen Aufbau der Brennkraftmaschine 1 zeigt. Zuerst wird ein Aufbau der Brennkraftmaschine 1 mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. Die Brennkraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist an einem Fahrzeug (nicht gezeigt) montiert.
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Die Brennkraftmaschine 1 hat eine Vielzahl von Zylindern. Jeder der Zylinder ist gestaltet, um den Otto-Kreislauf durchzuführen. Des Weiteren haben die jeweiligen Zylinder eine Wärmeerzeugungskammer 41, ein Wärmeerzeugungskammerventil 42, ein Ventilantriebssystem und ein Wärmerückgewinnungsrohr 43, wie später beschrieben wird. Des Weiteren ist die Brennkraftmaschine 1 gestaltet, um einen neuen Kreislauf (einen Wärmerückgewinnungsmodus, der später beschrieben wird) durchzuführen.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Maschinenkopf 10 und einen Maschinenblock 20 auf, wie in 3 gezeigt ist. In den jeweiligen Zylindern des Maschinenkopfs 10 sind ein Einlassanschluss 11 zum Einleiten von Frischluft, eine Brennkammer 12 und ein Auslassanschluss 13 zum Abgeben eines Verbrennungsgases ausgebildet. Die Brennkammer 12 ist durch eine Seitenwand des Zylinders und die obere Fläche eines Kolbens 30 definiert, der in dem Zylinder angeordnet ist, um hin und her bewegbar zu sein.
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Der Einlassanschluss 11 ist mit einem Einlassdurchgang (nicht gezeigt) verbunden. Ein Einlasslufttemperatursensor zum Erfassen der Temperatur der Luft in dem Einlassdurchgang und ein Luftmengenmesser zum Erfassen einer Strömungsrate von Luft, die in den Einsauganschluss 11 eingeleitet wird, sind in dem Einlassdurchgang angeordnet. Der Auslassanschluss 13 ist mit einem Abgasdurchgang (nicht gezeigt) verbunden. Ein Luft-Kraftstoffverhältnissensor zum Erfassen eines Luft-Kraftstoffverhältnisses des Luft-Kraftstoffgemischs, das der Verbrennung in der Brennkammer 12 unterzogen wird, auf der Basis eines Sauerstoffanteils eines Abgases, das im Inneren des Abgasdurchgangs strömt, ist in dem Abgasdurchgang angeordnet, und eine katalytische Vorrichtung ist stromabwärts des Luft-Kraftstoffverhältnissensors angeordnet.
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Ein Kraftstoffinjektor 14 ist in dem Einlassanschluss 11 des Maschinenkopfs 10 angeordnet. Eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 50 berechnet eine Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung, eine Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis von Ausgaben von dem Luftmengenmesser, dem Einlasslufttemperatursensor, dem Luft-Kraftstoffverhältnissensor, einem Wassertemperatursensor und Informationen über einen Maschinenbetriebsmodus (Maschinenausgabemodus oder Wärmerückgewinnungsmodus ist ausgewählt). Der Kraftstoffinjektor 14 kann an der Seitenwand des Zylinders des Maschinenblocks 20 angeordnet sein, und der Kraftstoff kann direkt in die Brennkammer 12 zugeführt werden.
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Eine Zündkerze 15, die einen Funken erzeugt, um das Luft-Kraftstoffgemisch zu zünden, ist in der Brennkammer 12 des Maschinenkopfs 10 angeordnet. Eine Zündzeitabstimmung der Zündkerze 15 wird durch die ECU 50 berechnet.
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Ein Einlassventil 17 ist zwischen dem Einlassanschluss 11 und der Brennkammer 12 vorgesehen. Das Einlassventil 17 wird durch einen Kipphebelnocken angetrieben. Das Einlassventil 17 fluidverbindet oder trennt den Einlassanschluss 11 und die Brennkammer 12.
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Ein Auslassventil 18 ist zwischen der Brennkammer 12 und dem Auslassanschluss 13 angeordnet. Das Auslassventil 18 wird durch einen Kipphebelnocken betätigt. Das Auslassventil 18 fluidverbindet oder trennt die Brennkammer 12 und den Auslassanschluss 11.
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Ein Wassermantel 21 ist in dem Maschinenblock 20 ausgebildet. Ein Kältemitteltemperatursensor zum Erfassen der Temperatur eines Maschinenkältemittels, das durch den Wassermantel 21 strömt, ist in dem Wassermantel 21 angeordnet.
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Der Kolben 30 ist mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) in solch einer Weise gekoppelt, um in dem Inneren des Zylinders hin und her zu gleiten. Eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 30 wird in eine Drehbewegung durch die Kurbelwelle umgewandelt, und kinetische Energie wird zu der Außenseite der Brennkraftmaschine 1 ausgegeben. Die Kurbelwelle entspricht einer Leistungsausgabeeinheit.
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Der Kolben 30 gleitet im Inneren des Zylinders hin und her, wobei er eine Verbrennungsenergie in einem Fall des Maschinenausgabemodus empfängt. Des Weiteren gleitet der Kolben 30 im Inneren des Zylinders durch einen Startermotor in einem Fall des Wärmerückgewinnungsmodus hin und her. Es sei angemerkt, dass ein bestimmter Motor zur Verwendung zum Antreiben des Kolbens 30 vorgesehen sein kann, und der bestimmte Motor kann bewirken, dass sich der Kolben 30 im Inneren des Zylinders hin und her bewegt. Ansonsten, in einem Fall, in dem die Brennkraftmaschine 1 in einem Hybridfahrzeug montiert ist, das einen Motor und eine Brennkraftmaschine verwendet, kann der Hybridmotor bewirken, dass sich der Kolben 30 im Inneren des Zylinders hin und her bewegt.
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Alternativ, in einem Fall, in dem die mehreren Zylinder einen Zylinder umfassen, der mit der Brennkammer 12 versehen ist, und einen Zylinder umfassen, der nicht mit der Brennkammer 12 versehen ist, kann der Kolben 30 des Zylinders, der mit der Brennkammer 12 versehen ist, veranlasst werden, um sich im Inneren des Zylinders hin und her zu bewegen, und zwar durch die Kurbelwelle des Zylinders, der nicht mit der Brennkammer 12 versehen ist. Ein autonomer Betrieb kann ermöglicht sein.
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Die Wärmeerzeugungskammer 41 ist in dem Maschinenkopf 10 in solch einer Weise ausgebildet, um benachbart zu der Brennkammer 12 und dem Einlassanschluss 11 zu sein. Das Wärmeerzeugungskammerventil 42 ist in dem Maschinenkopf 10 angeordnet. Das Wärmeerzeugungskammerventil 42 wird durch den Nocken der Kipphebelbauart betätigt. Das Wärmeerzeugungskammerventil 42 fluidverbindet oder trennt die Brennkammer 12 und die Wärmeerzeugungskammer 41. Ein Volumen der Wärmeerzeugungskammer 41 ist bevorzugt auf 0,5 bis 2,0-mal das Zylindervolumen festgelegt.
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Ein Ende der Wärmeerzeugungskammer 41, das benachbart zu dem Wärmeerzeugungskammerventil 42 ist, ist offen, und das andere Ende von dieser ist geschlossen. Die Wärmeerzeugungskammer 41 ist in einer Form eines Zylinders, dessen axiale Länge länger als ein Innendurchmesser ist. Des Weiteren ist die Wärmeerzeugungskammer 41 derart angeordnet, dass die Achse von dieser parallel zu der Achse des Einlassanschlusses 11 ist. Ein Wärmerückgewinnungsrohr 43, das als ein Kanal eines Wärmerückgewinnungswassers dient, ist an dem Ende der Wärmeerzeugungskammer 41 angeordnet. Das Wärmerückgewinnungsrohr 43 funktioniert als eine Wärmeerzeugungskammerwärmerückgewinnungseinheit und funktioniert auch als eine Reinigungseinheitwärmerückgewinnungseinheit. Das Wärmerückgewinnungsrohr 43 weist ein einlassseitiges Wärmerückgewinnungsrohr 43a, eine Wärmetauscheinheit 43b und ein auslassseitiges Wärmerückgewinnungsrohr 43c auf. Das einlassseitige Wärmerückgewinnungsrohr 43a und das auslassseitige Wärmerückgewinnungsrohr 43c gehen durch die Wand der Wärmeerzeugungskammer 41 hindurch. Des Weiteren sind das einlassseitige Wärmerückgewinnungsrohr 43a und das auslassseitige Wärmerückgewinnungsrohr 43c mit dem Wassermantel 21 verbunden. Darüber hinaus ist die Wärmetauscheinheit 43b in der Wärmeerzeugungskammer 41 angeordnet, um ausgebildet zu sein, um spiralförmig zu sein. Die Wärmetauscheinheit 43b in der Wärmeerzeugungskammer 41 ist geringfügig größer gemacht als ungefähr eine Hälfte der axialen Länge der Wärmeerzeugungskammer 41.
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Des Weiteren ist eine Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 an einer Position relativ nahe zu dem Wärmeerzeugungskammerventil 42 in der Wärmeerzeugungskammer 41 angeordnet. Darüber hinaus ist die Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 an einer Position relativ nahe zu dem Wärmeerzeugungskammerventil 42 an der zylindrischen Wand der Wärmeerzeugungskammer 41 derart angeordnet, dass die Spitze (ein Funkenerzeugungsteil) von dieser im Wesentlichen vertikal durch die zylindrische Wand hindurchgeht, um im Inneren der Wärmeerzeugungskammer 41 positioniert zu sein. Ein Verbrennungsgas, das von einer Verbrennung in der Brennkammer 12 resultiert, wird in die Wärmeerzeugungskammer 41 geführt, wie später beschrieben wird. Jedoch sind unverbrannte Kohlenwasserstoffe in dem Verbrennungsgas enthalten. Wenn ein Funken durch die Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 erzeugt wird, werden die unverbrannten Kohlenwasserstoffe verbrannt.
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Jedoch bleibt ein Teil der Kohlenwasserstoffe unverbrannt, selbst nachdem der Funken durch die Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 erzeugt worden ist. Um die unverbrannten Kohlenwasserstoffe zu oxidieren, ist eine katalytische Einheit 46 im Inneren der Wärmeerzeugungskammer 41 benachbart zu dem Rückgewinnungsrohr 43 angeordnet. Die katalytische Einheit 46 ist derart aufgebaut, dass ein Katalysatormaterial, wie Platin, in einem Träger, wie beispielsweise eine poröse Keramik, getragen ist. Die katalytische Einheit entspricht einer HC-Reinigungseinheit.
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Wie vorstehend beschrieben ist, ist die katalytische Einheit 46 an der Position benachbart zu dem Wärmerückgewinnungsrohr 43 angeordnet. Es sei angemerkt, dass „benachbart“ in diesem Fall „im Wesentlichen in einem Abstand entfernt, der gestattet, dass in der katalytischen Einheit 46 erzeugte Wärme effizient zu dem Wärmerückgewinnungsrohr 43 befördert wird“ bedeutet. Solch ein Abstand ist in geeigneter Weise in Abhängigkeit einer erforderten Wärmerückgewinnungseffizienz festgelegt. Man kann sagen, dass, falls die katalytische Einheit 46 im Inneren der Wärmeerzeugungskammer 41 angeordnet ist, wie in der vorliegenden Ausführungsform, dann ist die katalytische Einheit 46 „benachbart“ zu dem Wärmerückgewinnungsrohr 43, an welcher Stelle auch die katalytische Einheit 46 im Inneren der Wärmeerzeugungskammer 41 positioniert ist. Des Weiteren hat die katalytische Einheit 46 eine scheibenförmige äußere Form in solch einer Weise, um die Wärmeerzeugungskammer 41 in der Axialrichtung von dieser zu verstopfen. Jedoch muss die katalytische Einheit 46 nicht notwendigerweise diese Form und Größe haben, und kann von solch einer Größe sein, dass das Wärmerückgewinnungsrohr 43 mit der Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 in Verbindung sein kann.
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Das Wärmerückgewinnungsrohr 43 gewinnt die Wärme aus dem Verbrennungsgas zurück, dessen Temperatur aufgrund der Verbrennung in der Brennkammer 12 angestiegen ist, gefolgt durch einen weiteren Anstieg der Temperatur aufgrund einer Verbrennung, die durch die Funken der Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 in der Wärmeerzeugungskammer 41 verursacht wird, vor einem weiteren Anstieg der Temperatur aufgrund einer Oxidation, die durch die katalytische Einheit 46 bewirkt wird. In dem Fall, in dem es die Notwendigkeit zum Aufwärmen der Brennkraftmaschine 1 zu der Zeit des Kaltstarts gibt, strömt das Wärmerückgewinnungswasser, das eine niedrige Temperatur hat, von dem Wassermantel 21 durch das einlassseitige Wärmerückgewinnungsrohr 43a in die Wärmetauscheinheit 43b. Ein Wärmetausch wird zwischen dem Wärmerückgewinnungswasser, das eine niedrige Temperatur hat, und dem Verbrennungsgas ausgeführt, das in die Wärmeerzeugungskammer 41 geführt ist, wodurch sich die Temperatur des Wärmerückgewinnungswassers erhöht und es durch das auslassseitige Wärmerückgewinnungsrohr 43c in Richtung zu dem Wassermantel 21 strömt. Dann wird die Brennkraftmaschine 1 durch das Kühlwasser in dem Wassermantel 21 aufgewärmt, dessen Temperatur höher geworden ist. Somit wird das Wärmerückgewinnungswasser zum Aufwärmen der Brennkraftmaschine 1 genützt.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Wärmetauscheinheit 43b ausgebildet, um spiralförmig zu sein. Die Form der Wärmetauscheinheit 43b ist nicht darauf begrenzt. Die Form ist beliebig, solange der Wärmetausch zwischen dem Wärmerückgewinnungswasser und dem Gas in der Wärmeerzeugungskammer 41 durchgeführt werden kann.
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4 zeigt einen Aufbau der ECU 50. Die ECU 50 hat einen Mikrocomputer, der verschiedene Steuerungsprogramme ausführt, die in einem ROM gespeichert sind. Im Speziellen hat die ECU 50 eine Modusauswahleinheit 51, eine Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52, und eine Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53.
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Die ECU 50 ist jeweils mit einem Maschinenschalter 60, einem Erwärmungssteuerungsschalter 61 und verschiedenen Sensoren verbunden. Der Maschinenschalter 60 ist ein bekannter Druckschalter zum Anweisen eines Starts der Brennkraftmaschine 1. Der Erwärmungssteuerungsschalter 61 ist ein Druckschalter zum Ausgeben einer Anfrage zum Erwärmen des Insassenabteils. Die verschiedenen Sensoren umfassen den Einlasslufttemperatursensor, den Luft-Kraftstoffverhältnissensor, den Wassertemperatursensor usw.
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Die ECU 50 ist mit dem Kraftstoffinjektor 14 elektrisch verbunden, um dadurch eine Kraftstoffeinspritzmenge zu steuern. Des Weiteren ist die ECU 50 mit der Zündkerze 15 elektrische verbunden, um dadurch eine Zündzeit des Luft-Kraftstoffgemischs in der Brennkammer 12 zu steuern. Die ECU 50 ist mit dem Ventilantriebssystem elektrisch gekoppelt, wodurch sie die Ventilöffnung des Einlassventils 17, des Auslassventils 18 bzw. des Wärmeerzeugungskammerventil 42 steuert. Des Weiteren ist die ECU 50 elektrisch mit dem Startermotor gekoppelt, wodurch der Kolben 30 eine Hin- und Herbewegung in dem Zylinder ausführt.
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Die Modusauswahleinheit 51 bestimmt auf der Basis eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1, ob die Brennkraftmaschine 1 aufgewärmt werden muss. Im Speziellen, wenn der Maschinenschalter 60 eingeschaltet wird, bestimmt die Modusauswahleinheit 51, ob ein Ausgabewert des Wassertemperatursensors ein vorbestimmter Schwellenwert oder niedriger ist, d.h. ob eine Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 1 geringer als oder gleich wie eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 60°C) ist.
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Falls die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 1 geringer als oder gleich wie die vorbestimmte Temperatur ist, wenn der Maschinenschalter 60 eingeschaltet wird, repräsentiert dies, dass der Maschinenschalter 60 in einem Zustand eingeschaltet wird, in dem die Kühlwassertemperatur niedrig ist, nachdem eine bestimmte Zeitspanne nach einem vorhergehenden Stopp der Brennkraftmaschine 1 verstrichen ist. Auf solch eine Situation wird als ein Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 Bezug genommen.
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Falls die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 1 höher als die vorbestimmte Temperatur ist, wenn der Maschinenschalter 60 eingeschaltet wird, repräsentiert dies, dass der Maschinenschalter 60 in einem Zustand eingeschaltet wird, in dem die Kühlwassertemperatur nicht niedrig ist. Die bestimmte Zeit nach einem vorhergehenden Stopp der Brennkraftmaschine 1 ist nicht verstrichen.
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Demzufolge, wenn die Modusauswahleinheit 51 bestimmt, dass der Ausgabewert des Wassertemperatursensors der vorbestimmte Schwellenwert oder niedriger ist, bestimmt die Modusauswahleinheit 51, dass die Brennkraftmaschine 1 aufgewärmt werden muss, wodurch der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt wird. Des Weiteren, wenn die Modusauswahleinheit 51 bestimmt, dass der Ausgabewert des Wassertemperatursensors höher als der vorbestimmte Schwellenwert ist, bestimmt die Modusauswahleinheit 51, dass die Brennkraftmaschine 1 nicht aufgewärmt werden muss. Somit wird dadurch der Maschinenausgabemodus ausgewählt.
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In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Maschinenschalter 60 eingeschaltet wird, bestimmt die Modusauswahleinheit 51, ob der Sensorausgabewert des Wassertemperatursensors der vorbestimmte Schwellenwert oder niedriger ist. Alternativ, falls der Erwärmungssteuerungsschalter 61 zusätzlich zu dem Maschinenschalter 60 eingeschaltet wird, oder statt eines Einschaltens des Maschinenschalters 60 eingeschaltet wird, kann die Modusauswahleinheit 51 bestimmen, ob der Sensorausgabewert des Wassertemperatursensors niedriger als oder gleich wie der vorbestimmte Schwellenwert ist.
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Falls die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 1 bei der vorbestimmten Temperatur oder niedriger ist, wenn der Erwärmungssteuerungsschalter 61 betätigt wird, repräsentiert dies, dass eine Anfrage zum Erwärmen des Abteils in einem Zustand gemacht worden ist, in dem die Brennkraftmaschine 1 noch nicht aufgewärmt ist.
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Falls die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 1 höher als die vorbestimmte Temperatur ist, wenn der Erwärmungssteuerungsschalter 61 betätigt wird, repräsentiert dies, dass die Anfrage zum Erwärmen in einem Zustand gemacht worden ist, in dem die Brennkraftmaschine 1 schon aufgewärmt ist.
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Demzufolge, falls bestimmt wird, dass die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 1 bei der vorbestimmten Temperatur oder niedriger ist, bestimmt die Modusauswahleinheit 51, dass die Brennkraftmaschine 1 zum Erwärmen des Abteils aufgewärmt werden muss, wodurch der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt wird. Des Weiteren, wenn bestimmt wird, dass der Sensorausgabewert des Wassertemperatursensors den vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, bestimmt die Modusauswahleinheit 51, dass die Brennkraftmaschine 1 nicht aufgewärmt werden muss, wodurch der Maschinenausgabemodus ausgewählt wird.
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Des Weiteren wird in der vorliegenden Ausführungsform auf der Basis des Sensorausgabewerts des Wassertemperatursensors bestimmt, ob die Brennkraftmaschine 1 aufgewärmt werden muss oder nicht. Jedoch basiert diese Bestimmung nicht notwendigerweise auf dem Sensorausgabewert des Wassertemperatursensors. Es kann, neben dem Sensorausgabewert des Wassertemperatursensors, auf der Basis des Sensorausgabewerts des Einlasslufttemperatursensors bestimmt werden, ob die Brennkraftmaschine 1 aufgewärmt werden muss oder nicht. Alternativ kann auf der Basis einer verstrichenen Zeit von einem vorhergehenden Stopp der Brennkraftmaschine 1 bestimmt werden, ob die Brennkraftmaschine 1 aufgewärmt werden muss.
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In einem Fall, in dem der Maschineausgabemodus durch die Modusauswahleinheit 51 ausgewählt ist, bringt die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in einen normal geschlossenen Zustand durch Steuern des Ventilantriebssystems. Dadurch wird ein Kreislauf wiederholt ausgeführt. Dieser eine Kreislauf ist aus dem „Einlasshub“, dem „Kompressionshub“, dem „Verbrennungshub“ und dem „Auslasshub“ in dieser Reihenfolge gebildet.
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5 ist ein Diagramm, das Übergänge bzw. einen Verlauf eines Drucks in der Brennkammer 12, eines Drucks in der Wärmeerzeugungskammer 41, eines Hubbetrags des Einlassventils 17, eines Hubbetrags des Auslassventils 18 und eines Hubbetrags des Wärmeerzeugungskammerventils 42 in einem Fall zeigt, in dem der Maschinenausgabemodus ausgewählt ist. Ein Kreislauf (Otto-Kreislauf), der in dem Maschinenausgabemodus ausgeführt wird, wird nachstehend beschrieben.
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Die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 steuert das Ventilantriebssystem, um das Einlassventil 17 und das Auslassventil 18 in einen geschlossenen Zustand zu bringen, um dadurch den Einlasshub zu beginnen. Wenn der Einlasshub begonnen wird, steuert die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 das Ventilantriebssystem so, dass der Kolben 30 von dem oberen Totpunkt TDC zu dem unteren Totpunkt BDC nach unten gleitet, um das Einlassventil 17 zu öffnen. Wenn der Kolben 30 nach unten gleitet, um das Einlassventil 17 zu öffnen, wird das Luft-Kraftstoffgemisch in dem Einlassanschluss 11 in die Brennkammer 12 eingeleitet. Wenn das Luft-Kraftstoffgemisch in die Brennkammer 12 eingeleitet wird, steuert die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 das Ventilantriebssystem, um das Einlassventil 17 zu schließen, so dass der Einlasshub beendet ist.
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Nach Beendigung des Einlasshubs beginnt die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 den Kompressionshub. Im Speziellen steuert die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 das Ventilantriebssystem so, dass das Einlassventil 17 und das Auslassventil 18 geschlossen gehalten werden. Der Kolben 30 gleitet von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt nach oben, während sowohl das Einlassventil 17 als auch das Auslassventil 18 geschlossen gehalten werden. Das Luft-Kraftstoffgemisch in der Brennkammer 12 wird komprimiert und der Druck in der Brennkammer 12 erhöht sich. Wenn der Kolben 30 bis zu einem Punkt nahe dem oberen Totpunkt (der Kurbelwinkel bei 360°) nach oben gleitet, beendet die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 den Kompressionshub.
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Nach der Beendigung des Kompressionshubs beginnt die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 den Verbrennungshub. Im Speziellen hält die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 sowohl das Einlassventil 17 als auch das Auslassventil 18 in dem geschlossenen Zustand. Die Zündkerze 15 erzeugt einen Funken, wenn der Kolben 30 bis zu einem Punkt nahe dem oberen Totpunkt nach oben gleitet (d.h. der Verbrennungshub wird gestartet), während sowohl das Einlassventil 17 als auch das Auslassventil 18 in dem geschlossenen Zustand gehalten werden. Das Luft-Kraftstoffgemisch in der Brennkammer 12 wird verbrannt und in das Verbrennungsgas umgewandelt. Da sich das Volumen des Verbrennungsgases erhöht und der Druck in der Brennkammer 12 sich erhöht, gleitet der Kolben 30 von dem oberen Totpunkt in Richtung zu dem unteren Totpunkt nach unten. Wenn der Kolben 30 nach unten zu einem Punkt nahe dem unteren Totpunkt (der Kurbelwinkel bei 540°) gleitet, beendet die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 den Verbrennungshub.
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Nach Beendigung des Verbrennungshubs beginnt die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 den Auslasshub. Im Speziellen, wenn der Kolben 30 nach unten zu einem Punkt nahe dem unteren Totpunkt gleitet (d.h. der Auslasshub wird begonnen), steuert die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 das Ventilantriebssystem so, dass das Auslassventil 18 geöffnet wird. Das Verbrennungsgas in der Brennkammer 12 wird in den Auslassanschluss 13 abgegeben. Wenn das Verbrennungsgas in den Auslassanschluss 13 abgegeben wird, steuert die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 das Ventilantriebssystem, um das Auslassventil 18 zu schließen, so dass der Auslasshub beendet ist. Wenn der Auslasshub beendet ist, führt die Maschinenausgabesteuerungsausführungseinheit 52 den Einlasshub aus, der durch die Modusauswahleinheit 51 ausgewählt ist.
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In dem Fall, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus durch die Modusauswahleinheit 51 ausgewählt ist, führt die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 wiederholt einen Kreislauf aus, der durch den „Einlasshub“, einen „Wärmerückgewinnungsmodusverbrennungshub“, einen „Verbrennungsgashaltehub“ und den „Auslasshub“ in dieser Reihenfolge gebildet ist.
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6 zeigt Übergänge bzw. Verläufe eines Drucks in der Brennkammer 12, eines Drucks in der Wärmeerzeugungskammer 41, eines Hubbetrags des Einlassventils 17, eines Hubbetrags des Auslassventils 18 und eines Hubbetrags des Wärmeerzeugungskammerventils 42 in einem Fall, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist. 7 ist ein Betriebsdiagramm, das Zustandsübergänge bzw. -verläufe des Kolbens 30, des Einlassventils 17, des Auslassventils 18 und des Wärmeerzeugungskammerventils 42 in dem Fall zeigt, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist. Mit Bezug auf 6 und 7 wird nachstehend ein Kreislauf beschrieben, der in dem Wärmerückgewinnungsmodus ausgeführt wird.
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Wie in 6 und 7 gezeigt ist, steuert die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 das Ventilantriebssystem, um das Einlassventil 17, das Auslassventil 18 und das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in den geschlossenen Zustand zu bringen, um dadurch den Einlasshub zu beginnen. Wenn der Einlasshub begonnen wird, gleitet der Kolben 30 nach unten und die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 steuert das Ventilantriebssystem, um das Einlassventil 17 zu öffnen. Das Luft-Kraftstoffgemisch in dem Einlassanschluss 11 wird in die Brennkammer 12 eingeleitet. Wenn das Luft-Kraftstoffgemisch in die Brennkammer 12 eingesaugt wird und der Kolben 30 zu einem Punkt nahe dem unteren Totpunkt (dem Kurbelwinkel bei 180°) nach unten gleitet, steuert die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 das Ventilantriebssystem, um das Einlassventil 17 zu schließen, und beendet dadurch den Einlasshub.
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Nachdem der Einlasshub beendet ist, beginnt die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 den Wärmerückgewinnungsmodusverbrennungshub.
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Im Speziellen steuert die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 das Ventilantriebssystem, um das Einlassventil 17, das Auslassventil 18 und das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in dem geschlossenen Zustand zu halten. Dann, wenn der Kolben 30 zu einem Punkt nahe dem unteren Totpunkt nach unten gleitet (d.h. der Wärmerückgewinnungsmodusverbrennungshub wird begonnen), steuert die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 das Ventilantriebssystem, um das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in einen offenen Zustand zu bringen, und die Zündkerze 15 erzeugt zu diesem Zeitpunkt einen Funken. Das Luft-Kraftstoffgemisch in der Brennkammer 12 wird verbrannt, um Verbrennungsgas zu werden. Da das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in den offenen Zustand gebracht ist und das Verbrennungsgas sich nach der Verbrennung ausdehnt, wird das Verbrennungsgas in die Wärmeerzeugungskammer 41 eingeleitet. Dann beendet die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 den Wärmerückgewinnungsmodusverbrennungshub zu einer Zeit, wenn das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in einem vollständig geöffneten Zustand ist.
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Nach der Beendigung des Wärmerückgewinnungsmodusverbrennungshubs beginnt die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 den Verbrennungsgashaltehub. Genauer gesagt steuert die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 das Ventilantriebssystem, um das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in dem offenen Zustand zu halten, während sie das Einlassventil 17 und das Auslassventil 18 in dem geschlossenen Zustand hält. Dann, wenn der Kolben 30 von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt (der Kurbelwinkel bei 360°) nach oben gleitet, während sowohl das Einlassventil 17 als auch das Auslassventil 18 in dem geschlossenen Zustand gehalten werden, wird das Verbrennungsgas in die Wärmeerzeugungskammer 41 zwangsgeführt.
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Ein Funken wird durch die Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 zu einer geeigneten Zeitabstimmung in dem Verbrennungsgashaltehub erzeugt. Diese Zeitabstimmung kann beispielsweise ein Zeitpunkt sein, wenn der Verbrennungsgashaltehub begonnen wird. Jedoch ist die Zeitabstimmung nicht darauf begrenzt und sie kann bei einem ungefähr mittleren Punkt in dem Verbrennungsgashaltehub sein. Des Weiteren kann eine Zündung mehrere Male ausgeführt werden.
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Darüber hinaus kann die Zündkerze 15 zu der gleichen Zeitabstimmung gezündet werden wie die Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 gezündet wird. Ansonsten kann die Zündkerze 15 einen Funken bei einer Zeitabstimmung in dem Verbrennungsgashaltehub erzeugen, die sich von der Zündzeitabstimmung der Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 unterscheidet. Weil das Verbrennungsgas in der Wärmeerzeugungskammer 41 während des Verbrennungsgashaltehubs gehalten wird, wird ein Wärmetausch zwischen dem Verbrennungsgas in der Wärmeerzeugungskammer 41 und dem Wärmerückgewinnungswasser ausgeführt, das durch die Wärmetauscheinheit 43b strömt, wodurch Wärme zurückgewonnen wird.
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Nachdem das Verbrennungsgas in die Wärmeerzeugungskammer 41 zwangseingeleitet worden ist, wird der Verbrennungsgashaltehub bei einem geeigneten Zeitpunkt (beispielsweise bei dem Kurbelwinkel von 660°) beendet, wenn der Kolben 30 von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt (dem Kurbelwinkel bei 540°) nach unten gleitet und wieder von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt (der Kurbelwinkel bei 720°) nach oben gleitet.
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Nach der Beendigung des Verbrennungsgashaltehubs beginnt die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 den Auslasshub. Im Speziellen steuert die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 das Ventilantriebssystem, um das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in dem offenen Zustand zu halten, während sie sowohl das Einlassventil 17 als auch das Auslassventil 18 in dem geschlossenen Zustand hält. Dann steuert die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 das Ventilantriebssystem, um das Auslassventil 18 bei solch einer Zeitabstimmung zu öffnen, wenn der Kolben 30 zu dem Punkt nahe dem unteren Totpunkt nach unten gleitet (d.h. der Auslasshub wird begonnen). Wenn das Auslassventil 18 geöffnet wird, wird das Verbrennungsgas in sowohl der Brennkammer 12 als auch der Wärmeerzeugungskammer 41 in den Auslassanschluss 13 abgegeben. Wenn das Verbrennungsgas in den Auslassanschluss 13 abgegeben wird und der Kolben 30 zu dem Punkt nahe dem oberen Totpunkt (der Kurbelwinkel bei 720° (= 0°)) nach oben gleitet, steuert die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 das Ventilantriebssystem, um sowohl das Auslassventil 18 als auch das Wärmeerzeugungskammerventil 42 zu schließen, wodurch der Auslasshub beendet wird. Nach Beendigung des Auslasshubs führt die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 den Einlassmodus aus, der durch die Modusauswahleinheit 51 ausgewählt ist.
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8 zeigt ein PV-Diagramm in dem Fall, in dem der Maschinenausgabemodus ausgewählt ist. 9 zeigt ein PV-Diagramm in dem Fall, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist.
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In dem Fall, in dem der Maschinenausgabemodus ausgewählt ist, führt die Brennkraftmaschine 1 den Otto-Kreislauf aus, so dass „positive Arbeit“ (ein schattierter Teil in 8) ausgeführt werden kann. Die Brennkraftmaschine 1 wandelt die „positive Arbeit“ um, um eine Maschinenausgabe zu erzeugen.
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Andererseits führt in dem Fall, in dem der Maschinenrückgewinnungsmodus ausgewählt ist, die Brennkraftmaschine 1 einen neuen Kreislauf aus, wie vorstehend beschrieben ist, der sich von dem Otto-Kreislauf unterscheidet, so dass es für die Brennkraftmaschine 1 kaum möglich ist, „positive Arbeit“ auszuführen, die im Wesentlichen Null ist, wie in 9 gezeigt ist. Weil die Brennkraftmaschine 1 die „positive Arbeit“ kaum ausführt, kann eine Maschinenausgabe kaum erzeugt werden. Genauer gesagt führt die Wärmerückgewinnungssteuerungsausführungseinheit 53 den Wärmerückgewinnungsmodusverbrennungshub nachfolgend zu dem Einlassmodus aus. In dem Wärmerückgewinnungsmodusverbrennungshub wird das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in den offenen Zustand gebracht, um das Luft-Kraftstoffgemisch in der Brennkammer 12 zu verbrennen. In dem Wärmerückgewinnungsmodusverbrennungshub gleitet der Kolben nach oben und das Volumen der Brennkammer 12 verringert sich. In dem Wärmerückgewinnungsmodusverbrennungshub wird das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in einen offenen Zustand gebracht. Die Brennkammer 12 ist in einem Zustand einer Verbindung mit der Wärmeerzeugungskammer 41, um eine Strömung des Verbrennungsgases von der Brennkammer 12 zu der Wärmeerzeugungskammer 41 zu ermöglichen. Somit, selbst falls der Zylinder nach oben gleitet und das Volumen der Brennkammer 12 verringert wird, wird das Luft-Kraftstoffgemisch in der Brennkammer 12 keiner sehr starken Kompression unterzogen. Als eine Folge wird ein Teil der thermischen Energie, die durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs erzeugt wird, und die in kinetische Energie umgewandelt wird, verringert, so dass die thermische Energie, die durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs erzeugt wird, effizient durch das Wärmerückgewinnungsrohr 43 zurückgewonnen werden kann.
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Des Weiteren ist die Wärmeerzeugungskammer 41 mit der katalytischen Einheit 46 versehen, und Wärme wird aufgrund einer Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe durch die katalytische Einheit 46 erzeugt. Somit kann eine rückgewinnbare Wärmemenge erhöht werden. Des Weiteren, falls die Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 einen Funken in dem Verbrennungsgashaltehub erzeugt, werden die unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem Verbrennungshub verbrannt und die zurückgewinnbare Wärmemenge wird weiter erhöht.
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Mit Bezug auf 10A, 10B, 10C und 11 werden Vorteile der Brennkraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nachstehend beschrieben.
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10A, 10B und 10C zeigen die Wirkung zum Verbessern der Wärmerückgewinnungseffizienz. 10A ist ein schematisches Diagramm, das ein Verlustverhältnis in dem Fall zeigt, in dem der Maschinenausgabemodus ausgewählt ist. 10B und 10C sind schematische Diagramme, die ein Verlustverhältnis in dem Fall zeigen, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist. Jedoch ist 10C das schematische Diagramm, das das jeweilige Verlustverhältnis in dem Fall der Brennkraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 10B soll den vorteilhaften Effekt der katalytischen Einheit 46 durch Vergleichen von 10B mit 10C darstellen. 10B kennzeichnet die jeweiligen Verlustverhältnisse der Brennkraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Fall, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus ausgeführt wird und die katalytische Einheit 46 von der Brennkraftmaschine 1 entfernt ist.
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Zuerst wird 10A mit 10B verglichen. In sowohl 10A als auch 10B tritt eine Möglichkeit, dass die chemische Energie eines Kraftstoffgases in thermische Energie umgewandelt wird, nur dann auf, wenn die Zündkerze 15 gezündet wird, so dass jeweilige Verhältnisse eines unverbrannten Verlusts, eines Reibungsverlusts und eines Auslassverlusts im Wesentlichen in derselben Größenordnung in dem Fall von entweder dem Maschinenausgabemodus oder dem Wärmerückgewinnungsmodus sind. Andererseits existiert im Hinblick auf einen Kühlungsverlust, einen Pumpverlust und eine Nettoarbeit ein großer Unterschied zwischen den jeweiligen Modi. In dem Wärmerückgewinnungsmodus sind der Pumpverlust und die Nettoarbeit kaum vorhanden, und diese Verluste entsprechen dem Kühlungsverlust. Das heißt Verhältnisse, die durch den Kühlungsverlust, den Pumpverlust bzw. die Nettoarbeit eingenommen werden, sind in dem Fall, in dem der Maschinenausgabemodus ausgewählt ist, im Wesentlichen in der gleichen Größenordnung wie ein Verhältnis, das durch den Kühlungsverlust in dem Fall eingenommen wird, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist.
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Von dem Vorstehenden ist es klar, dass der Pumpverlust und die Nettoarbeit in dem Fall, in dem der Maschinenausgabemodus ausgewählt ist, mit dem Kühlungsverlust in dem Fall ersetzt sind, in dem der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist. Mit anderen Worten gesagt ist es klar, dass die Brennkraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform keine Maschinenausgabe erzeugt und der Kraftstoff primär zum Aufwärmen der Brennkraftmaschine 1 verwendet wird, wenn der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist.
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Als nächstes wird 10B mit 10C verglichen. Die jeweiligen Verhältnisse des Reibungsverlusts und des Auslassverlusts, wie in 10B gezeigt ist, sind im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen, die in 10C gezeigt sind. Jedoch ist es offensichtlich, dass der unverbrannte Verlust in 10C im Vergleich zu dem unverbrannten Verlust in 10B verringert ist. 10C stellt den Fall dar, in dem die katalytische Einheit 46 vorgesehen ist. 10B stellt den Fall dar, in dem die katalytische Einheit 46 nicht vorgesehen ist. Der unverbrannte Verlust in 10B ist durch den Kühlverlust in 10C ersetzt. Es ist offensichtlich von dem Vergleich von 10B mit 10C, dass die Wärmerückgewinnungseffizienz sich aufgrund der Installation der katalytischen Einheit 46 weiter verbessert hat.
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Somit ist die Wärmerückgewinnungseffizienz in dem Wärmerückgewinnungsmodus extrem besser als in dem Maschinenausgabemodus. Aus diesem Grund kann die Brennkraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem frühen Stadium im Vergleich zu dem Fall einer Brennkraftmaschine des Otto-Kreislaufs aufgewärmt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein frühes Aufwärmen realisiert werden, so dass es möglich wird, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern, schädliche Gase zu verringern und den Antriebskomfort zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt und kann auf verschiedene Ausführungsformen angewendet werden.
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Beispielsweise kann der Auslassanschluss 13 mit einem Wärmerückgewinnungsrohr 43 und einer katalytischen Einheit 46 versehen sein, wie in 11 gezeigt ist. Das Wärmerückgewinnungsrohr 43 und die katalytische Einheit 46 sind in der folgenden Weise angeordnet. Das heißt die katalytische Einheit 46 ist an einem Teil im Inneren des Auslassanschlusses 13 nahe zu dem Maschinenkopf 10 angeordnet. Das Wärmerückgewinnungsrohr 43 ist im Inneren des Auslassanschlusses 13 angeordnet, und zwar stromabwärts der katalytischen Einheit 46. Da unverbrannte Kohlenwasserstoffe in dem Verbrennungsgas enthalten sind, das durch den Auslassanschluss 13 strömt, können, falls der Auslassanschluss 13 mit dem Wärmerückgewinnungsrohr 43 und der katalytischen Einheit 46 versehen ist, wie vorstehend beschrieben ist, die unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem Auslassanschluss 13 oxidiert werden, um Wärme zu erzeugen, die zurückgewonnen werden kann.
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Demzufolge kann, falls ein Aufbau verwendet wird, der in 11 dargestellt ist, während Wärme in der Wärmeerzeugungskammer 41 mit Hilfe des Wärmerückgewinnungsrohrs 43 zurückgewonnen werden kann, das in der Wärmeerzeugungskammer 41 vorgesehen ist, Wärme in dem Auslassanschluss 13 mit Hilfe des Wärmerückgewinnungsrohrs 43 zurückgewonnen werden, das in dem Auslassanschluss 13 vorgesehen ist. Des Weiteren kann Wärme in der Brennkammer 12 durch den Wassermantel 21 zurückgewonnen werden. Demzufolge kann Wärme in einem weiten Bereich der Brennkraftmaschine 1 zurückgewonnen werden. Mit anderen Worten kann man sagen, dass Wärme in dem Verbrennungshub, dem Verbrennungsgashaltehub und dem Auslasshub zurückgewonnen werden kann. Das heißt es ist möglich, Wärme über eine relativ lange Spanne während eines Zyklus bzw. Kreislaufs der Brennkraftmaschine effizient zurückzugewinnen. Bei dem in 11 dargestellten Aufbau sind zwei Einheiten der katalytischen Einheiten 46 vorgesehen, jedoch kann auf eine der katalytischen Einheiten 46 verzichtet werden.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Wärmeerzeugungskammer 41 installiert, um benachbart zu dem Einlassanschluss 11 zu sein. Jedoch kann die Wärmeerzeugungskammer 41 installiert sein, um benachbart zu dem Auslassanschluss 13 zu sein. In diesem Fall ist die Wärmeerzeugungskammer 41 mit dem Wärmerückgewinnungsrohr 43 und der katalytischen Einheit 46 versehen.
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Des Weiteren ist in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Brennkraftmaschine 1 mit den mehreren Zylindern versehen, wie in 1 gezeigt ist, und die Zylinder sind mit der Wärmeerzeugungskammer 41, dem Wärmeerzeugungskammerventil 42 und dem Wärmerückgewinnungsrohr 43 versehen. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau begrenzt. Selbst in dem Fall, in dem die Brennkraftmaschine mit den mehreren Zylindern vorgesehen ist, können die Wärmeerzeugungskammer 41, das Wärmeerzeugungskammerventil 42 und das Wärmerückgewinnungsrohr 43 nur in einem Teil dieser Zylinder, beispielsweise nur in einem Zylinder von diesen, installiert sein.
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Des Weiteren können, wie in 12 gezeigt ist, die Wärmeerzeugungskammer 41, das Wärmeerzeugungskammerventil 42 und das Wärmeerzeugungsrohr 43 an jedem der mehreren Zylinder vorgesehen sein, und die mehreren Wärmeerzeugungskammern 41 können über ein Verbindungsrohr 16 miteinander verbunden sein. Das Luft-Kraftstoffgemisch kann zwischen den jeweiligen Wärmeerzeugungskammern 41 über das Verbindungsrohr 16 strömen, so dass eine Abgabe eines Luft-Kraftstoffgemischrests in der Wärmeerzeugungskammer 41 gefördert werden kann. Des Weiteren müssen nicht die Wärmeerzeugungskammern 41 aller Zylinder der mehreren Zylinder, die mit der Wärmeerzeugungskammer 41, dem Wärmeerzeugungskammerventil 42 und dem Wärmerückgewinnungsrohr 43 versehen sind, miteinander über das Verbindungsrohr 16 verbunden sein. Es ist ausreichend, dass die Wärmeerzeugungskammern 41 von wenigstens zwei Zylindern von den mehreren Zylindern, die mit der Wärmeerzeugungskammer 41, dem Wärmeerzeugungskammerventil 42 bzw. dem Wärmerückgewinnungsrohr 43 versehen sind, miteinander über das Verbindungsrohr 16 verbunden sind.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, wenn der Wärmerückgewinnungsmodus ausgewählt ist, erzeugt die Zündkerze 15 einen Funken zu einer Zeitabstimmung, wenn der Kolben 30 zu einem Punkt nahe dem unteren Totpunkt (der Kurbelwinkel bei 180°) kommt. Jedoch ist die Zeitabstimmung zum Erzeugen des Funkens nicht darauf begrenzt. Es ist ausreichend, dass die Zündkerze 15 einen Funken bei einer Zeitabstimmung früher als die Zeitabstimmung in dem Maschinenausgabemodus erzeugt.
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Des Weiteren ist in dem Wärmerückgewinnungsmodus, der in dem Vorstehenden beschrieben ist, der eine Kreislauf aus dem „Einlasshub“, dem „Wärmerückgewinnungsmodusverbrennungshub“, dem „Verbrennungsgashaltehub“ und dem „Auslasshub“ in dieser Reihenfolge gebildet. Jedoch kann der eine Kreislauf aus dem „Einlasshub“, einem „Luft-Kraftstoffgemischeinströmhub“, einem „Wärmerzeugungskammerverbrennungshub“, dem „Verbrennungsgashaltehub“ und dem „Auslasshub“ in dieser Reihenfolge gebildet sein. In diesem Kreislauf führt die ECU einen Luft-Kraftstoffgemischeinströmhub zum Bringen des Wärmeerzeugungskammerventils 42 in einen offenen Zustand nachfolgend zu dem Einlasshub und zum Bewirken aus, dass das Luft-Kraftstoffgemisch in der Brennkammer 12 in die Wärmeerzeugungskammer 41 strömt. Anschließend führt die ECU den Wärmeerzeugungskammerverbrennungshub zum Bewirken aus, dass die Wärmeerzeugungskammerzündkerze 45 einen Funken erzeugt, um das Luft-Kraftstoffgemisch in der Wärmeerzeugungskammer 41 zu verbrennen. In einem Verbrennungsgashaltehub, bis der Auslasshub begonnen wird, wird das Wärmeerzeugungskammerventil 42 geöffnet. Wenn der Auslasshub beendet ist, wird das Wärmeerzeugungskammerventil 42 geschlossen.
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In dem Wärmeerzeugungskammerverbrennungshub gleitet der Kolben 30 nach oben und das Volumen der Brennkammer 12 verringert sich. Jedoch strömt in dem Luft-Kraftstoffgemischeinströmhub das Luft-Kraftstoffgemisch von der Brennkammer 12 zu der Wärmeerzeugungskammer 41, und die Zündung des Luft-Kraftstoffgemischs wird in der Wärmeerzeugungskammer 41 ausgeführt. Aus diesem Grund, selbst falls der Kolben 30 nach oben gleitet und das Volumen der Brennkammer 12 sich verringert, wird ein Gas in der Wärmeerzeugungskammer 41 einer Kompression weniger unterzogen. Als eine Folge wird ein Teil einer thermischen Energie, die durch Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs erzeugt wird, und die in kinetische Energie umgewandelt wird, verringert, so dass die thermische Energie effizient in der Form von Wärme durch die Wärmerückgewinnungseinheit zurückgewonnen werden kann.
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Des Weiteren kann das Wärmeerzeugungskammerventil 42 in dem Wärmerückgewinnungsmodus normalerweise geschlossen sein. Die katalytische Einheit 46 kann durch einen thermischen Reaktor ersetzt sein.
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Eine Brennkraftmaschine (1) ist mit einer Wärmeerzeugungskammer (41), die angeordnet ist, um benachbart zu einer Brennkammer (12) zu sein, einem Wärmeerzeugungskammerventil (42), das entweder einen Verbindungszustand oder einen Absperrzustand zwischen der Wärmeerzeugungskammer (41) und der Brennkammer (12) einrichten kann, und einem Wärmerückgewinnungsrohr (43) zum Rückgewinnen von Wärme aus einem Gas versehen, das in die Brennkammer (12) geführt wird, und nützt die zurückgewonnene Wärme zum Aufwärmen. Die Wärmeerzeugungskammer (41) ist mit einer Wärmeerzeugungskammerzündkerze (45) versehen. Eine katalytische Einheit (46) ist zwischen der Wärmeerzeugungskammerzündkerze (45) und dem Wärmeerzeugungsrohr (43) vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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