BRPI0901667A2 - unidade de acionamento e processo para funcionamento de uma unidade acionamento - Google Patents

Abstract

UNIDADE DE ACIONAMENTO E PROCESSO PARA FUNCIONAMENTO DE UMA UNIDADE DE ACIONAMENTO. Uma unidade de acionamento, assim como um processo para seu funcionamento são descritos, sendo que a unidade de acionarnento dispõe de um motor de combustão interna (18), o qual está unido com um eixo de saída, e de uma máquina expansão de pistão (19), a qual é unida com um virabrequim (8) e o eixo de saída é acoplado mecanicamente através de uma marcha em vazio (17) com o virabrequim (8) de tal modo que ocorre uma transmissão de torque do virabrequim (8) para o eixo de saída.

Description

"UNIDADE DE ACIONAMENTO E PROCESSO PARA FUNCIONAMENTO DEUMA UNIDADE DE ACIONAMENTO".

Campo da invenção

A invenção refere-se a uma unidade de acionamento com ummotor de combustão interna, o qual está acopladooperacionalmente com„um eixo de saida, e com uma máquinade expansão de pis tão, a qual está acopladaoperacionalmente com' um virabrequim, sendo que o eixo detransmissão está unido mecanicamente ao virabrequimatravés de uma marcha em vazio (roda livre) de modo queacontece uma transmissão de torque do virabrequim para oeixo de saida.

Antecedentes da invenção

No desenvolvimento e expansão de motores de combustãointerna nos últimos anos, o foco dos trabalhos temestado, por um lado, na minimização de poluentes e, poroutro lado, em um aumento da eficiência dos agregados.Neste sentido existe a possibilidade de elevar aeficiência dos motores de combustão interna modernosutilizando de forma otimizada o calor dissipado na regiãodo respectivo motor de combustão interna. Através daprevisão das medidas correspondentes é possível tantolimitar o tamanho do dispositivo de esfriamentonecessário, como tornar útil o calor, que de outra formaé dissipado apenas para o ambiente, para outrasaplicações dentro do veiculo.

Pr a melhorar o resfriamento do motor têm sidodesenvolvidos, nos últimos anos, motores de combustãointerna, particularmente motores para veículos, de modoque os sistemas correspondentes possibilitem umautilização do • calor dissipado na região do motor decombustão interna, de forma efetiva. Neste sentidoexiste, por um lado, a possibilidade de utilizar o calordissipado na região do motor de combustão interna paraoutros dispositivos de calor previstos no veiculo ou detransformar a energia térmica em energia mecânica,particularmente em energia cinética, com ajuda doscorrespondentes processos de circulação.

Neste contexto, conhece-se uma unidade de acionamento deDE 10 2006 028 868 Al, na qual é acoplado mecanicamenteum motor de combustão interna com uma máquina de embolo.Na solução técnica descrita, um fluido é evaporado em umcircuito de trabalho separado com aj uda do calordissipado pelo motor de combustão interna e o vapor assimproduzido é guiado para o cilindro da máquina de embolopara colocar em movimento os pis toes móveis que ali seencontram. Dessa forma é colocado em movimento umvirabrequim da máquina de embolo, o qual está unidomecanicamente ao virabrequim do motor de combustãointerna. Com o sistema descrito é possível então,utilizar o calor dissipado pelo motor de combustãointerna para transmitir, através da máquina de embolo, umtorque ao virabrequim do motor de combustão interna.De acordo com princípios de construção conhecidos,essencialmente, são imagináveis ademais duas soluçõestécnicas para garantir, nas fases de aquecimento dosistema de reuso de calor, que o expansor,particularmente a máquina de embolo, não represente umacarga adicional que deve ser movida junto:

Por meio de tempos de admissão curtos no enchimento docilindro, é garantido, independentemente dos tempos decontrole exatos, primeiro a partir de um número decilindros de 7 até 8, que seja aberta sempre uma válvulade admissão e que o expansor se acione ele mesmo com adisponibilidade de vapor. Nesse caso, o virabrequim éunido através de uma marcha em vazio (roda livre) com ovirabrequim do motor de combustão interna. Essa marcha emvazio assegura que ocorra uma transmissão de torqueexclusivamente do virabrequim do expansor ao virabrequimdo motor de combustão interna. Somente quando o cilindrotem disponível suficiente vapor do sistema de reuso decalor, o expansor trabalha, de modo que ocorre umatransmissão de torque ao virabrequim do motor decombustão interna.Para expansores previstos adicionalmente a um motor decombustão interna, os quais não se acionam por si mesmosdevido ao baixo número de cilindros, é previsto, atravésde uma marcha em vazio, um acoplamento correspondente nolugar da junção entre o virabrequim do expansor e ovirabrequim do motor de combustão interna. Por meio desensoramento é detectada a disponibilidade de vapor docircuito de reuso de calor e o acoplamento entre ambos osvirabrequins é fechado e com isso o expansor do motor decombustão interna vai junto, até que uma válvula deadmissão do expansor se abre e o expansor se aciona.Sumário da invenção

A partir do mencionado estado da técnica e dos princípiosde construção conhecidos para um arranque de uma máquinade expansão de embolo na fase de arranque, a presenteinvenção tem como objetivo fornecer uma unidade deacionamento assim como um processo para seufuncionamento, de modo que seja realizado um arranqueautomático sem regulagem da máquina de expansão de pistãocom relativamente pouco esforço construtivo e de técnicasde regulagem- Particularmente, deve ser possível, por umlado, utilizar como expansor uma máquina de embolo com umbaixo número de cilindros e, pelo outro lado, renunciarao uso de um acoplamento entre o virabrequim do expansore do motor de combustão interna. Desta forma deve seralcançada uma solução técnica que possibilita o uso docalor dissipado de um motor de combustão interna comajuda de um processo de circulação de vapor sem custosnem espaço adicional e sem um elevado esforço deregulagem.

Para isso deve-se garantir o funcionamento de um expansora vapor e/ou outro gás, o qual é acoplado mecanicamenteao virabrequim de um motor de combustão interna, sem queseja necessário um grande número de processos decomutação de uma embreagem, condicionado através doengate e desengate para cada processo de frenagem e cadaexigência de torque nulo. A solução técnica segundo ainvenção deve garantir, sobretudo, que seja alcançado, deforma simples, um aumento de eficiência no funcionamentode um motor de combustão interna, particularmente de ummotor a diesel de um veiculo utilitário.

A tarefa descrita anteriormente é solucionada com ajudade uma unidade de acionamento conforme a reivindicação 1assim como um processo de acordo com a reivindicação 8.Concretizações vantajosas da invenção são assunto dasreivindicações dependentes e são explicadas na descriçãoseguinte com referência às Figuras.

Uma unidade de acionamento segundo a invenção dispõe deum motor de combustão interna, que está ligado com umeixo de saida, e de uma máquina de expansão de embolo,que ligada operacionalmente com um virabrequim, sendo queo eixo de saida está ligado mecanicamente por meio de umamarcha em vazio com o virabrequim de tal modo que ocorrea transmissão de torque do virabrequim para o eixo desaida. A unidade de acionamento segundo a invençãocaracteriza-se pelo fato de a máquina de expansão deembolo dispor de pelo menos dois cilindros, em cujosespaços internos pode ser introduzido, através de umaválvula de admissão e uma válvula de passagem dispostaparalela à mesma, pelo menos parcialmente um fluido de umsuprimento de fluido. Em relação ao suprimento de fluidopode-se tratar aqui de cada região interna ou externa damáquina de expansão, na qual se tenha um fluido pelomenos parcialmente em forma de vapor. Além da válvula deadmissão e da válvula de passagem, um cilindro de máquinade expansão de embolo dispõe também de pelo menos umaválvula de descarga, através da qual o fluido em forma devapor e/ou gás descontraído pode ser introduzido em umaparte para remoção de fluido.

A invenção se caracteriza também por prever uma válvulade passagem além da válvula de admissão na região dacabeça do cilindro, através da qual pode ser guiar umfluido da remoção de fluido para o espaço interno docilindro. Uma solução deste tipo garante que possa serconduzido um fluido, particularmente um fluido em formade vapor e/ou gás, em pelo menos um espaço de cilindrotambém com a válvula de admissão fechada e a simultâneaultrapassagem de um valor limite determinado para apressão do sistema dentro da parte de suprimento de fluido.

A válvula de passagem desta forma prevista em uma cabeçade cilindro de uma máquina de expansão de embolo,particularmente de uma máquina de expansão de pistão,reúne as vantagens de um baixo esforço construtivo com asvantagens da marcha em vazio auto-regulável. Ainda quandotodas as válvulas de admissão para uma máquina deexpansão de embolo estão fechadas, uma vez que se temdisponível suficiente dissipação de calor do motor decombustão interna, um fluido em forma de vapor e/ou gáspode circular pela válvula de passagem para os espaçosinternos de cilindro. Isto finalmente leva, pelo menos emum cilindro, a que o pis tão se desloque, em um movimentepara baixo, na direção do ponto morto inferior e devido aesse movimento é aberta uma válvula de admissão em pelomenos um outro cilindro. Por meio da abertura da válvulade admissão circula fluido em forma de vapor e/ou gás nosoutros cilindros e a máquina de pistão começa afuncionar, sem que seja necessária uma embreagem ou tenhaque ser levada j unto a máquina de embolo do motor decombustão interna. A abertura segura da válvula deadmissão de um cilindro através do movimento de um outrocilindro na direção do ponto morto inferior é alcançadaprincipalmente através de um dimensionamento geométricoapropriado do mecanismo de manivela. Medidaspreferenciais que podem ser tomadas para alcançar umdimensionamento geométrico apropriado do mecanismo demanivela, representam a definição correspondente daassimetria do cilindro e/ou do ângulo do cilindro.Em uma concretização preferida da invenção as válvulas deadmissão estão unidas operacionalmente com o virabrequimda máquina de expansão de embolo de tal modo que atravésda rotação do virabrequim é provocada uma abertura assimcomo um fechamento da válvula de admissão.Particularmente, o eixo de saida compreende de carnesdisposto assimetricamente em relação ao seu eixolongitudinal, os quais tocam um tucho de válvula daválvula de admissão, de modo que com um movimento doscarnes ao longo de uma trajetória circular em torno doeixo longitudinal, as válvulas de admissão são colocadasem um movimento linear ao longo de seu guia e assimocorre uma abertura assim como um fechamento das válvulas de admissão.

Durante o funcionamento de uma máquina de expansão depistão concretizada segunda a invenção, quando então,depois de um processo de partida realizado, há suficientefluido em forma de vapor e/ou gás sob a pressãonecessária no suprimento de fluido, o fluido circulaessencialmente através da válvula de admissão para ocilindro, movimenta ali o pistão, disposto de formamóvel, na direção do ponto morto inferior, de modo que nocilindro acontece uma descontração do fluido, comoresultado finalmente o fluido descontraído é empurrado,devido ao movimento para cima do pis tão na direção doponto morto superior, através da válvula de descarga.0 movimento do embolo da máquina de expansão de pistão étransmitido ao virabrequim, o qual é por sua vez éacoplado mecanicamente ao eixo de saida, então também umvirabrequim do motor de combustão interna. Entre ovirabrequim da máquina de expansão de pistão e o eixo desaida do motor de combustão interna é prevista uma marchaem vazio, chamada também de acoplamento de roda livre, aqual garante que ocorra uma transmissão de torque apenasdo virabrequim da máquina de expansão de pistão para oeixo de saida do motor de combustão interna. Sempre quedentro do suprimento de fluido não há disponível umaquantidade suficiente de vapor para um acionamento damáquina de expansão de pis tão, por exemplo, em uma fasede aquecimento da unidade de acionamento, o eixo de saidado motor de combustão interna gira mais rápido que ovirabrequim da máquina de expansão de pistão, sem que omotor de combustão interna tenha que "levar j unto" amáquina de pistão.

Com uma unidade de acionamento concretizada segundo ainvenção é garantido que após o término de uma fase deaquecimento do motor de combustão interna, também então,quando há uma quantidade suficiente de fluido em forma devapor e/ou gás dentro do suprimento de fluido, a máquinade expansão de pistão pode dar partida, apesar de quetodas as válvulas de admissão estar fechadas. Na medidaem que todas as válvulas de admissão da máquina deexpansão de pistão estão fechadas, os pelo menos doiscilindros se encontram respectivamente ou em uma fase deexpansão ou em uma fase de compressão. Por esta razãodeve ser assegurado que a máquina de expansão de pistão,em cada caso, comece a funcionar por uma transição de umestado de parada para um movimento na direção certa.A concretização da máquina de expansão de pistão segundoa invenção garante uma partida segura da máquina deexpansão na direção certa após o término da fase deaquecimento do motor de combustão interna com meiossimples. Depois do término da fase de aquecimento domotor de combustão interna é retirado calor por meio deuma unidade de transmissão de calor de um sistema derefrigeração do motor de combustão interna e conduzido aosuprimento de fluido da máquina de expansão de pistão. Nosuprimento de fluido da máquina de expansão de pistão•forma-se um fluido em forma de vapor e/ou gás, o qual éalimentado com ajuda de pelo menos de uma unidade dealimentação a uma válvula de admissão assim como a umaválvula de passagem disposta paralela à mesma - Com ajudada unidade de alimentação a pressão do sistema nosuprimento de fluido é primeiramente aumentada de modoque a pelo menos uma válvula de passagem preferivelmentecarregada a mola se abra para um valor limite da pressãodo sistema e circule fluido para dentro do espaço internodo pelo menos um cilindro.

A pressão de abertura da válvula de passagem é escolhidade forma tal que ela esteja ainda acima da pressão defuncionamento da máquina de expansão de pistão, porémabaixo da pressão admissível do sistema do suprimento defluido. Neste sentido, a seção transversal da abertura daválvula de passagem é pequena em relação à seçãotransversal da abertura da válvula de admissão de talmodo que apesar da abertura da válvula de passagem apressão de sistema primeiro dentro do suprimento defluido continua se elevando. Para uma concretizaçãoespecial da invenção é garantido dessa forma que devido àmencionada continua elevação da pressão de sistema dentrodo suprimento de fluido, após uma primeira abertura daválvula de passagem também seja aberta a pelo menos umaoutra válvula de passagem do pelo menos um outrocilindro, antes de se chegar a um movimento de umaprimeira válvula de admissão. Assim podem serequilibradas, sobretudo, diferenças condicionadas portolerâncias da pressão de sistema necessária para asrespectivas pelo menos duas válvulas de passagemcarregadas a mola.

Em cada caso circula, na fase de partida, fluido em formade vapor e/ou gás comprimido através da pelo menos umaválvula de passagem para o espaço interno do pelo menosum cilindro da máquina de expansão de pistão, antes de sechegar a um movimento de uma das válvulas de admissão.Encontra-se o pistão do respectivo cilindro na Fase decompressão, a válvula de admissão correspondente a essecilindro está fechada, enquanto uma, eventualmenteprevista, válvula de descarga está aberta. Devido a estaconstelação, não se forma nenhuma pressão apesar do fluxode fluido em forma de vapor e/ou gás para o cilindro, umavez que o fluido circulando através da válvula depassagem flui para fora do cilindro novamente através daválvula de descarga. Através dessa medida é garantido deforma preferida que o pistão seja movimentado na direçãoerrada devido ao fluido passando pela válvula de passageme que o virabrequim da máquina de expansão de pistão nãogire na direção errada.

Encontra-se o pistão do cilindro, pelo contrário, na fasede expansão, tanto a válvula de admissão quanto também aválvula de descarga estão fechadas. Circula então fluidoem forma de vapor e/ou gás comprimido através da válvulade passagem para o espaço interno do cilindro, aconteceuma formação de pressão dentro do cilindro, de modo que opistão finalmente se movimenta na direção do ponto mortoinferior. Por meio do movimento do pis tão assimprovocado, o virabrequim da máquina de expansão de pistãoé colocado em um movimento de rotação, de modo que pelomenos também um outro pistão de pelo menos um outrocilindro realiza um movimento linear. Através domovimento do virabrequim finalmente é aberta pelo menosuma outra válvula de admissão associada a um outrocilindro e fluido em forma de vapor e/ou gás circula parao espaço interno do cilindro, de modo que a máquina deexpansão de pistão finalmente dá partida. Depois que érealizada a partida da máquina de expansão de pistão, apressão de sistema dentro do suprimento de fluido abaixaaté a pressão de trabalho da máquina de expansão depistão, de modo que as válvulas de passagem não têmfunção durante o funcionamento normal da máquina de expansão de pistão.

Um outra concretização prevê que uma máquina de expansãode pistão concretizada segundo a invenção compreenda umnúmero impar de cilindros- Muito especialmente é adequadaa utilização de cinco cilindros.

Em uma outra concretização especial da invenção, aválvula de passagem é realizada de tal forma que a seçãotransversal que pode ser liberada da válvula de passagemseja de 0, 1 vezes até 0,5 vezes, em particularpreferivelmente 0,2 vezes a seção transversal que podeser liberada de uma válvula de admissão. Umdimensionamento deste tipo da seção transversal daválvula de passagem garante de forma preferencial queapesar das diferenças condicionadas por tolerâncias entreas válvulas de passagem individuais/ a pressão de sistemadentro do suprimento de fluido se eleva também após aabertura de uma válvula de passagem e apenas depois quetodas as válvulas de passagem previstas na máquina deexpansão de pistão são abertas, uma válvula de admissão émovida devido ao movimento de pelo menos um pistão ou dovirabrequim.

Finalmente, a invenção refere-se a um processo para ofuncionamento de uma unidade de acionamento, para o qualo eixo de saida de um motor de combustão interna é unidomecanicamente, través de uma marcha em vazio, com ovirabrequim de uma máquina de expansão de pistão, a qualcompreende pelo menos dois cilindros, sendo que por meiodo calor dissipado pelo motor de combustão interna éaquecido um fluido, e transferido pelo menos parcialmenteem uma fase em forma de vapor e/ou gás. O fluido éconduzido pelo menos parcialmente em um estado de vapore/ou gás através de uma válvula de admissão a um espaçointerno do cilindro e sob descontração do fluido écolocado em movimento um pistão acoplado mecanicamente aovirabrequim e disposto de forma móvel dentro cilindro. Oprocesso segundo a invenção caracteriza-se pelo fato deuma válvula de passagem, disposta tecnicamente, segundo ofluxo, paralela em relação à válvula de admissão seraberta e com isso é aberta uma passagem para o espaçointerno do cilindro, também quando a válvula de admissãoestá fechada.

Uma outra concretização vantajosa da invenção prevê queem uma máquina de expansão de pistão se tenham pelo menosdois cilindros com respectivamente uma válvula deadmissão e uma válvula de passagem e que todas asválvulas de passagem sejam abertas antes que uma válvulade admissão seja aberta.

O processo segundo a invenção representa com isso,exatamente da mesma maneira que a unidade de acionamento,uma solução que possibilita a partida automática livre deregulagem de uma máquina de expansão de pistão também comum baixo número de cilindros, sem que seja necessário umaembreagem para unir o virabrequim da máquina de expansãode pis tão mecanicamente com o eixo de saida do motor decombustão interna.

A seguir, a invenção será descrita com mais detalhe ainvenção sem limitação do escopo geral da invenção comreferência às Figuras com exemplos de concretizações.

Descrição das figuras

A Figura 1 é um cilindro de uma máquina de expansão depis tão com uma válvula de admissão e uma válvula dedescarga, assim como com uma válvula de passagem;

A Figura 2 é uma seção de uma cabeça de cilindro de umamáquina de expansão de pistão com válvula de admissão e aválvula de passagem paralela à mesma, em um vista dedetalhe;

A Figura 3 é a representação do fluxo de vapor na partidada fase de admissão;

A Figura 4 é a representação do fluxo de vapor na partidada fase de expansão;

A Figura 5 é a representação do fluxo de vapor na partidada Fase de compressão; e

As Figuras 6a e 6b ilustram representações do acoplamentode uma máquina de expansão de pistão concretizada segundoa invenção com um motor de combustão interna.

Descrição da invenção

A Figura 1 mostra um cilindro 1 de uma máquina deexpansão de pistão, realizada segundo a invenção, comválvula de admissão 2 e válvula de descarga 4, assim comocom válvula de passagem 3 em uma representação em seção.A máquina de expansão de pistão é acoplada mecanicamentepor meio de uma marcha em vazio 17 (roda livre) ao eixode saida do motor a diesel de um veiculo utilitário. Logoque, após uma fase de partida, o motor a diesel produzdissipação de calor, em um transferidor de calor ocorreuma, pelo menos parcial, transição de fase de um meio detrabalho fluidico. 0 fluído pelo menos parcialmente emforma de vapor é conduzido com ajuda de uma bomba atravésdo suprimento de fluído 9 para as válvulas de admissão 2e para as válvulas de passagem 3.

No lado de descarga do cilindro 1 representado na Figura1 encontra-se a válvula de descarga 4, a qual é abertadurante a Fase de compressão do pis tão 5, para que ofluído descontraído do espaço interno de cilindro 6 possaser empurrado para a remoção de fluído 10.

O pis tão 5 do cilindro 1 é unido com o virabrequim 8 damáquina de expansão de pistão através de uma biela 7 comos correspondentes mancais. Através de um movimentolinear do pistão 5 dentro do espaço interno do cilindro 6é colocado o virabrequim 8 da máquina de expansão depistão em um movimento de rotação. O virabrequim 8 érealizado de tal forma que, em dependência do movimentodo virabrequim 8, ocorre a abertura e o fechamento daválvula de admissão 2 e da válvula de descarga 4,deslocando-se o tucho de válvula 11 da válvula deadmissão 2 e da válvula de descarga 4 em um movimento decá para lá. Como, além disso, complementarmente ao pistão5 representado é acoplado pelo menos um outro pistão damáquina de expansão de pistão mecanicamente aovirabrequim 8, comum movimento do virabrequim 8 sãomovias também a válvula de admissão e a válvula dedescarga associadas a esse outro pistão. Para garantiruma partida da máquina de expansão de pistão tem que sercolocado em movimento, portanto, pelo menos um dos 8pistoes dessa máquina.

Dentro do suprimento de fluído 9 dos pelo menos doiscilindros 1 encontra-se, após o término de uma fase deaquecimento, um fluído em forma de vapor, o qual éconduzido, com ajuda de uma bomba, para as válvulas deadmissão 2 e as válvulas de passagem 3. Logo que dentrodo suprimento de fluído 9 se instala uma pressão desistema e uma força é exercida sobre a válvula depassagem 3, a força exercida pela mola 12 sobre a válvulade passagem 3 aumenta, a válvula de passagem 3 é abertaindependentemente da posição das válvulas restantes efluido em forma de vapor circula para o espaço interno 6do cilindro 1.

A Figura 2 é uma vista em detalhe da região "A" da Figura1. è representado um recorte de uma cabeça de cilindrorealizada segundo a invenção que mostra a disposição deuma válvula de admissão 2 e uma possível concretização daválvula de passagem 3. Na região do tucho de válvula 11da válvula de admissão 2 encontra-se um furo 13 queproduz uma conexão de circulação entre o suprimento defluido 9 e a válvula de passagem 3 ou da abertura deválvula que pode ser liberada através da válvula depassagem. É exercida uma força gerada pela pressão desistema existente no suprimento de fluido 9 sobre aválvula de passagem 3, a qual é maior que a força detensão da mola 12, a válvula de passagem 3 realizada comoválvula de esfera é aberta e o fluido em forma de vaporcircula da região do suprimento de fluido 9 para o espaçointerno 6 do cilindro.

Logo que foi alcançada a pressão de trabalho através dofluxo de fluido para o espaço interno 6 do cilindro, opis tão 5 se movimenta para baixo na direção do pontomorto inferior, e coloca em movimento, como descrito jápara a Figura 1, o virabrequim, de modo que uma válvulade admissão de um outro cilindro é aberta e a máquina deexpansão de pistão dá a partida.

Como pode ser observado claramente na Figura 2, a seçãotransversal da abertura 14 da válvula de passagem 3 éclaramente menor que a seção transversal da abertura 15da válvula de admissão 2. A seção transversal da abertura15 da válvula de admissão 2 é representada naconcretização exemplificativa da Figura 2 aproximadamentecinco vezes maior que a seção transversal 14 da válvulade passagem 3. Através de um dimensionamento desse tipoda seção transversal 14 da válvula de passagem 3 égarantido que a pressão de sistema dentro do suprimentode fluido 9 também continue a aumentar quando a válvulade passagem 3 já esteja aberta. 0 continuo aumento dapressão de sistema deve-se neste caso a que a resistênciade fluxo de uma seção transversal de abertura 14 assimdimensionada é proporcionalmente grande em comparação àquantidade de vapor extraida através da unidade dealimentação do suprimento de fluido 9.

A Figura 3 mostra a posição de válvula da válvula deadmissão 2 e da válvula de descarga 4 assim como daválvula de passagem 3 de um cilindro 1 durante a fase deadmissão assim como o fluxo de vapor na partida da fasede expansão. A válvula de admissão 2 é aberta para que ovapor do suprimento de fluido 9 entre no espaço interno 6do cilindro 1. Por meio disso movimenta-se o pis tão 5 emum movimento linear para baixo na direção do ponto mortoinferior. Como um tal movimento do pis tão 5, outra vezpara válvula de admissão 2 fechada, leva a um aumento devolume do espaço interno do cilindro, o vapor que seencontra no espaço interno 6 do cilindro é descontraídoatravés do movimento para baixo do pistão 5. Através domovimento do pistão 5 são colocados em movimento ovirabrequim 8, o tucho de válvula 11 assim como pelomenos um outro pis tão 16 com suas respectivas válvula deadmissão e válvula de descarga. No estado defuncionamento do cilindro 1 representado na Figura 3, aválvula de passagem 3 não tem função.

A Figura 4 mostra uma representação do fluxo de vapor nafase de expansão de um cilindro 1 a posição do pis tão 5associada a ela. Após o término da fase de aquecimento domotor de combustão interna há disponível suficiente calordissipado para produzir um vapor dentro do suprimento defluido 9. Esse vapor é girado com ajuda de uma unidade dealimentação dentro do suprimento de fluido 9. Ao alcançaruma pressão de' sistema que pode ser pré-determinadadentro suprimento de fluido 9, a qual provoca que umaforça seja exercida sobre a válvula de passagem 3, a qualeventualmente ultrapassa a força de tensão da mola 12, aválvula de passagem 3 é aberta e o vapor circula dosuprimento de vapor 9 para o espaço interno 6 do cilindro 1.

Por meio da circulação do vapor para as válvulas deadmissão 2 e de descarga 4 fechadas eleva-se a pressãodentro do cilindro 1. Por meio dessa formação de pressão,o pistão 5 começa a se mover lentamente na direção doponto morto inferior e coloca em movimento . de rotação ovirabrequim 8 ali acoplado. Como o virabrequim 8 érealizado de forma que provoca um movimento da válvula deadmissão 2 e da válvula de descarga 4, é aberta, em umoutro cilindro 16, a válvula de admissão pertencente aele través do movimento do pistão ou do virabrequim 8 aele acoplado. Devido a essa abertura da válvula deadmissão de uma outra, não representada na Figura 4,válvula de admissão a máquina de expansão de pistão dápartida. Durante a fase de acionamento, a válvula depassagem 3 novamente não tem função.

A Figura 5 mostra o fluxo de vapor para uma partidaautomática de uma máquina de expansão de pistão, a qualestá no ciclo de trabalho da Fase de compressão. Aválvula de admissão 2 é fechada enquanto a válvula dedescarga 4 é aberta. Através da válvula de passagem 3aberta devido à pressão de sistema no suprimento defluido 9 circula novamente vapor do suprimento de fluido9 para o espaço interno de cilindro 6. Devido à posiçãoaberta da válvula de descarga 4 não se forma nenhumapressão dentro do espaço interno de cilindro 6, de modoque o pistão 5 não é colocado em movimento. Através destamedida técnica é garantido particularmente que o pistão 5não se movimente na direção errada e com isso não sejagirado o virabrequim 8 na direção errada. Umfuncionamento da máquina de expansão de pistão em umadireção não prevista aqui é evitado por meio disso deforma simples.

A Figura 6 mostra uma disposição, ou acoplamento,preferida de uma máquina de expansão de pistão 19,concretizada segundo a invenção, com um motor decombustão interna 18, onde a Figura 6a contém umarepresentação da situação construtiva entre as longarinas20 com a ventoinha 21, enquanto que na Figura 6bprescinde-se da representação da ventoinha 21 e dalongarina 2 0 por razões de melhor visibilidade.A máquina de expansão de pistão 19 de cinco cilindros 1,16, neste caso, é realizada como motor em estrela, o qualé disposto entre a ventoinha 21 e o motor de combustãointerna 18. A máquina de expansão de pistão 10 dispõe deum virabrequim 8 (não à vista nesta Figura) , o qual éacoplado ao eixo de saida do motor de combustão interna18 por meio de uma marcha em vazio 17 (roda livre) . Amarcha em vazio 17 garante que ocorra uma transmissão detorque apenas do virabrequim 8 da máquina de expansão depistão ao virabrequim do motor de combustão interna 18 enão na direção contrária. Dessa forma é garantido, por umlado, que uma transmissão de torque sempre aconteça entãodo virabrequim 8 da máquina de expansão de pistão para ovirabrequim do motor de combustão interna, quando hádisponível suficiente vapor para o funcionamento damáquina de expansão de pistão 19 para auxilio do motor decombustão interna 18 e, pelo outro lado, que não aconteçanenhum estado de funcionamento em que o motor decombustão interna 18 acione a máquina de expansão depistão (o chamado rebocar junto).

Como mostram as concretizações acima, a previsão de umaválvula de passagem 3, que como descrito é previstaparalela à válvula de admissão 2 de um cilindro,representa uma possibilidade simples para concretizar apartida automática de uma máquina de expansão de pistão,acoplada mecanicamente a um motor de combustão interna -Com ajuda da invenção é possivel então de maneira simplesconcretizar a dissipação de calor de um motor decombustão interna, particularmente de um motor decombustão interna de um veiculo utilitário, com ajuda deum circuito térmico secundário. Para isso, no circuitotérmico secundário, um meio de trabalho, em condiçõesnormais preferivelmente liquido, é convertido pelo menosparcialmente em uma fase de vapor e o vapor assimproduzido é descontraido através de uma máquina deexpansão de pistão para transformar a energia contida nadissipação de calor do motor de combustão interna emenergia cinética. A energia cinética assim "recuperada",a qual é conduzida para unidade de acionamento, cuidafinalmente de um aumento da eficiência do sistema todo.Os sistemas assim combinados, de um motor de combustãointerna tradicional, em particular um motor em estrela, ede uma máquina de expansão de pis tão movida a vaporservem diretamente para o aumento do grau de efetividadede uma unidade de acionamento e levam com isso a umadiminuição da emissão de poluentes e a um aumento daeconomia.

Claims (13)

1. Unidade de acionamento, de um motor de combustãointerna, o qual está unido operacionalmente com um eixode saida, e com uma máquina de expansão de pistão (19), aqual é unida operacionalmente com um virabrequim (8) ,sendo que o eixo de saida é acoplado mecanicamenteatravés de uma marcha em vazio (17) com o virabrequim (8)de tal modo que ocorre uma transmissão de torque dovirabrequim (8) para o eixo de saida, caracterizada pelofato de a máquina de expansão de pistão (19) dispor depelo menos dois cilindros (1, 16), a cujo espaço interno(6) pode ser conduzido um fluido de um suprimento defluido (9), com válvula de admissão (2) fechada, pelomenos momentaneamente através de uma válvula de passagem(3) disposta paralela à válvula de admissão (2) .

2. Unidade de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o pelo menos um cilindro(1) da máquina de expansão de pistão (19) dispor de umaválvula de descarga (4), através da qual pode serconduzido o fluido do espaço interno (6) do cilindro (1)para a remoção de fluido (10).

3. Unidade de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de uma seção transversal deabertura que pode ser liberada (14) da válvula depassagem (3) ser de 0,1 vezes até 0,5 vezes a seçãotransversal que pode ser liberada (15) de uma válvula deadmissão (2) .

4. Unidade de acionamento, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 até 3, caracterizada pelo fato de asválvulas (2, 3, 4) serem reguláveis de tal modo que aválvula de passagem (3) é aberta pelo menosmomentaneamente, quando a válvula de admissão (2) éfechada.

5. Unidade de acionamento, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 2 a 4, caracterizada pelo fato de asválvulas (2, 3, 4) serem reguláveis de tal modo que aválvula de passagem (3) é aberta pelo menosmomentaneamente, quando a válvula de admissão (2) e aválvula de descarga (4) estão fechadas.

6. Unidade de acionamento, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 até 4, caracterizada pelo fato de aválvula de passagem (3) ser realizada como válvula deesfera carregada a mola.

7. Unidade de acionamento, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 até 6, caracterizada pelo fato de aválvula de admissão (2) e a válvula de passagem (3)estarem conectadas a um suprimento de fluido (9) com umaunidade de alimentação para o suprimento do cilindro (1, 16) com um fluido em forma de vapor e/ou gás, e a unidadede alimentação assim como uma seção transversal deabertura (14) da válvula de passagem (3) sãodimensionadas de tal maneira que aumenta uma pressão desistema no suprimento de fluido (9), quando a válvula deadmissão (2) é fechada e a válvula de passagem (3) éaberta.

8. Unidade de acionamento, de acordo com uma dasreivindicações de 1 até 7, caracterizada pelo fato de amáquina de expansão de pistão (19) dispor de um númeroimpar de cilindros (1, 16).

9. Unidade de acionamento, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 até 8, caracterizada pelo fato de amáquina de expansão de pistão (19) dispor de cincocilindros (1, 16).

10. Processo para funcionamento de uma unidade deacionamento, para o qual um eixo de saida de um motor decombustão interna (18) é unido mecanicamente, través deuma marcha em vazio (17), com o virabrequim (8) de umamáquina de expansão de pistão (19), a qual dispõe de pelomenos 2 cilindros (1, 16), sendo que por meio dadissipação de calor do motor de combustão interna (18) umfluido aquece e é convertido pelo menos parcialmente emvapor e/ou uma fase gasosa, o fluido pelo menosparcialmente em forma de vapor e/ou em estado gasoso éconduzido através de uma válvula de admissão (2) a umespaço interno do cilindro e sob descontração do fluidoum pistão (5) dentro do cilindro (1) disposto de formamóvel e acoplado mecanicamente ao virabrequim (8) écolocado em movimento, caracterizado pelo fato de aválvula de passagem (3) disposta por técnica de fluidoparalela à válvula de admissão (2) ser aberta e o fluidodo suprimento de fluido ser conduzido para o espaçointerno (6) do cilindro (1).

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de todas as válvulas de passagem(3) previstas na máquina de expansão de pistão (19) serabertas antes de uma válvula de admissão (2) ser movida.

12. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de aválvula de passagem (3) ser aberta em dependência de umapressão de sistema no suprimento de fluido (9).

13. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 10 até 12, caracterizado pelo fato deum movimento da válvula de admissão (2) ser provocadoatravés de uma rotação do virabrequim (8).