BRPI0901667B1

BRPI0901667B1 - Unidade de acionamento e processo para funcionamento de uma unidade acionamento

Info

Publication number: BRPI0901667B1
Application number: BRPI0901667-8A
Authority: BR
Inventors: Markus Raup; Josef Klammer; Gottfried Raab
Original assignee: MAN Truck & Bus Österreich AG
Priority date: 2008-05-05
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2020-05-12
Also published as: EP2116697A2; PL2116697T3; EP2116697A3; CN101576023A; BRPI0901667A2; EP2116697B1; US20090272343A1; AT506084B1; RU2009117084A; RU2417327C2; US8201407B2; AT506084A4; CN101576023B

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 DE UMA UNIDADE DE ACIONAMENTO

Campo da invenção [0001] A invenção refere-se a uma unidade de acionamento com um motor de combustão interna, o qual está acoplado operacionalmente com um eixo de saída, e com uma máquina de expansão de pistão, a qual está acoplada operacionalmente com um virabrequim, sendo que o eixo de transmissão está unido mecanicamente ao virabrequim através de uma marcha em vazio (roda livre) de modo que acontece uma transmissão de torque do virabrequim para o eixo de saída.

Antecedentes da invenção [0002] No desenvolvimento e expansão de motores de combustão interna nos últimos anos, o foco dos trabalhos tem estado, por um lado, na minimização de poluentes e, por outro lado, em um aumento da eficiência dos agregados. Neste sentido existe a possibilidade de elevar a eficiência dos motores de combustão interna modernos utilizando de forma otimizada o calor dissipado na região do respectivo motor de combustão interna. Através da previsão das medidas correspondentes é possível tanto limitar o tamanho do dispositivo de esfriamento necessário, como tornar útil o calor, que de outra forma é dissipado apenas para o ambiente, para outras aplicações dentro do veículo.

[0003] Para melhorar o resfriamento do motor têm sido desenvolvidos, nos últimos anos, motores de combustão interna, particularmente motores para veículos, de modo que os sistemas correspondentes possibilitem uma utilização do calor dissipado na região do motor de combustão interna, de forma efetiva. Neste sentido existe, por um lado, a possibilidade de utilizar

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2/20 o calor dissipado na região do motor de combustão interna para outros dispositivos de calor previstos no veículo ou de transformar a energia térmica em energia mecânica, particularmente em energia cinética, com ajuda dos correspondentes processos de circulação.

[0004] Neste contexto, conhece-se uma unidade de acionamento de DE 10 2006 028 868 A1, na qual é acoplado mecanicamente um motor de combustão interna com uma máquina de êmbolo. Na solução técnica descrita, um fluído é evaporado em um circuito de trabalho separado com ajuda do calor dissipado pelo motor de combustão interna e o vapor assim produzido é guiado para o cilindro da máquina de êmbolo para colocar em movimento os pistões móveis que ali se encontram. Dessa forma é colocado em movimento um virabrequim da máquina de êmbolo, o qual está unido mecanicamente ao virabrequim do motor de combustão interna. Com o sistema descrito é possível então, utilizar o calor dissipado pelo motor de combustão interna para transmitir, através da máquina de êmbolo, um torque ao virabrequim do motor de combustão interna.

[0005] De acordo com princípios de construção conhecidos, essencialmente, são imagináveis ademais duas soluções técnicas para garantir, nas fases de aquecimento do sistema de reuso de calor, que o expansor, particularmente a máquina de êmbolo, não represente uma carga adicional que deve ser movida junto: [0006] Por meio de tempos de admissão curtos no enchimento do cilindro, é garantido, independentemente dos tempos de controle exatos, primeiro a partir de um número de cilindros de 7 até 8, que seja aberta sempre uma válvula de admissão e que o expansor se acione ele mesmo com a disponibilidade de vapor. Nesse caso, o virabrequim é unido através de uma marcha

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3/20 em vazio (roda livre) com o virabrequim do motor de combustão interna. Essa marcha em vazio assegura que ocorra uma transmissão de torque exclusivamente do virabrequim do expansor ao virabrequim do motor de combustão interna. Somente quando o cilindro tem disponível suficiente vapor do sistema de reuso de calor, o expansor trabalha, de modo que ocorre uma transmissão de torque ao virabrequim do motor de combustão interna.

[0007] Para expansores previstos adicionalmente a um motor de combustão interna, os quais não se acionam por si mesmos devido ao baixo número de cilindros, é previsto, através de uma marcha em vazio, um acoplamento correspondente no lugar da junção entre o virabrequim do expansor e o virabrequim do motor de combustão interna. Por meio de sensoramento é detectada a disponibilidade de vapor do circuito de reuso de calor e o acoplamento entre ambos os virabrequins é fechado e com isso o expansor do motor de combustão interna vai junto, até que uma válvula de admissão do expansor se abre e o expansor se aciona.

Sumário da invenção [0008] A partir do mencionado estado da técnica e dos princípios de construção conhecidos para um arranque de uma máquina de expansão de êmbolo na fase de arranque, a presente invenção tem como objetivo fornecer uma unidade de acionamento assim como um processo para seu funcionamento, de modo que seja realizado um arranque automático sem regulagem da máquina de expansão de pistão com relativamente pouco esforço construtivo e de técnicas de regulagem. Particularmente, deve ser possível, por um lado, utilizar como expansor uma máquina de êmbolo com um baixo número de cilindros e, pelo outro lado,

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4/20 renunciar ao uso de um acoplamento entre o virabrequim do expansor e do motor de combustão interna. Desta forma deve ser alcançada uma solução técnica que possibilita o uso do calor dissipado de um motor de combustão interna com ajuda de um processo de circulação de vapor sem custos nem espaço adicional e sem um elevado esforço de regulagem.

[0009] Para isso deve-se garantir o funcionamento de um expansor a vapor e/ou outro gás, o qual é acoplado mecanicamente ao virabrequim de um motor de combustão interna, sem que seja necessário um grande número de processos de comutação de uma embreagem, condicionado através do engate e desengate para cada processo de frenagem e cada exigência de torque nulo. A solução técnica segundo a invenção deve garantir, sobretudo, que seja alcançado, de forma simples, um aumento de eficiência no funcionamento de um motor de combustão interna, particularmente de um motor a diesel de um veículo utilitário.

[0010] A tarefa descrita anteriormente é solucionada com ajuda de uma unidade de acionamento conforme a reivindicação 1 assim como um processo de acordo com a reivindicação 8. Concretizações vantajosas da invenção são assunto das reivindicações dependentes e são explicadas na descrição seguinte com referência às Figuras.

[0011] Uma unidade de acionamento segundo a invenção dispõe de um motor de combustão interna, que está ligado com um eixo de saída, e de uma máquina de expansão de êmbolo, que ligada operacionalmente com um virabrequim, sendo que o eixo de saída está ligado mecanicamente por meio de uma marcha em vazio com o virabrequim de tal modo que ocorre a transmissão de torque do virabrequim para o eixo de saída. A unidade de acionamento

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5/20 segundo a invenção caracteriza-se pelo fato de a máquina de expansão de êmbolo dispor de pelo menos dois cilindros, em cujos espaços internos pode ser introduzido, através de uma válvula de admissão e uma válvula de passagem disposta paralela à mesma, pelo menos parcialmente um fluído de um suprimento de fluído. Em relação ao suprimento de fluído pode-se tratar aqui de cada região interna ou externa da máquina de expansão, na qual se tenha um fluído pelo menos parcialmente em forma de vapor. Além da válvula de admissão e da válvula de passagem, um cilindro de máquina de expansão de êmbolo dispõe também de pelo menos uma válvula de descarga, através da qual o fluído em forma de vapor e/ou gás descontraído pode ser introduzido em uma parte para remoção de fluído.

[0012] A invenção se caracteriza também por prever uma válvula de passagem além da válvula de admissão na região da cabeça do cilindro, através da qual pode ser guiar um fluído da remoção de fluído para o espaço interno do cilindro. Uma solução deste tipo garante que possa ser conduzido um fluído, particularmente um fluído em forma de vapor e/ou gás, em pelo menos um espaço de cilindro também com a válvula de admissão fechada e a simultânea ultrapassagem de um valor limite determinado para a pressão do sistema dentro da parte de suprimento de fluído.

[0013] A válvula de passagem desta forma prevista em uma cabeça de cilindro de uma máquina de expansão de êmbolo, particularmente de uma máquina de expansão de pistão, reúne as vantagens de um baixo esforço construtivo com as vantagens da marcha em vazio auto-regulável. Ainda quando todas as válvulas de admissão para uma máquina de expansão de êmbolo estão fechadas, uma vez que se tem disponível suficiente dissipação

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6/20 de calor do motor de combustão interna, um fluído em forma de vapor e/ou gás pode circular pela válvula de passagem para os espaços internos de cilindro. Isto finalmente leva, pelo menos em um cilindro, a que o pistão se desloque, em um movimente para baixo, na direção do ponto morto inferior e devido a esse movimento é aberta uma válvula de admissão em pelo menos um outro cilindro. Por meio da abertura da válvula de admissão circula fluído em forma de vapor e/ou gás nos outros cilindros e a máquina de pistão começa a funcionar, sem que seja necessária uma embreagem ou tenha que ser levada junto a máquina de êmbolo do motor de combustão interna. A abertura segura da válvula de admissão de um cilindro através do movimento de um outro cilindro na direção do ponto morto inferior é alcançada principalmente através de um dimensionamento geométrico apropriado do mecanismo de manivela. Medidas preferenciais que podem ser tomadas para alcançar um dimensionamento geométrico apropriado do mecanismo de manivela, representam a definição correspondente da assimetria do cilindro e/ou do ângulo do cilindro.

[0014] Em uma concretização preferida da invenção as válvulas de admissão estão unidas operacionalmente com o virabrequim da máquina de expansão de êmbolo de tal modo que através da rotação do virabrequim é provocada uma abertura assim como um fechamento da válvula de admissão.

Particularmente, o eixo de saída compreende de cames disposto assimetricamente em relação ao seu eixo longitudinal, os quais tocam um tucho de válvula da válvula de admissão, de modo que com um movimento dos cames ao longo de uma trajetória circular em torno do eixo longitudinal, as válvulas de admissão são colocadas em um movimento linear ao longo de seu guia e assim

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7/20 ocorre uma abertura assim como um fechamento das válvulas de admissão.

[0015] Durante o funcionamento de uma máquina de expansão de pistão concretizada segunda a invenção, quando então, depois de um processo de partida realizado, há suficiente fluído em forma de vapor e/ou gás sob a pressão necessária no suprimento de fluído, o fluído circula essencialmente através da válvula de admissão para o cilindro, movimenta ali o pistão, disposto de forma móvel, na direção do ponto morto inferior, de modo que no cilindro acontece uma descontração do fluído, como resultado finalmente o fluído descontraído é empurrado, devido ao movimento para cima do pistão na direção do ponto morto superior, através da válvula de descarga.

[0016] O movimento do êmbolo da máquina de expansão de pistão é transmitido ao virabrequim, o qual é por sua vez é acoplado mecanicamente ao eixo de saída, então também um virabrequim do motor de combustão interna. Entre o virabrequim da máquina de expansão de pistão e o eixo de saída do motor de combustão interna é prevista uma marcha em vazio, chamada também de acoplamento de roda livre, a qual garante que ocorra uma transmissão de torque apenas do virabrequim da máquina de expansão de pistão para o eixo de saída do motor de combustão interna. Sempre que dentro do suprimento de fluído não há disponível uma quantidade suficiente de vapor para um acionamento da máquina de expansão de pistão, por exemplo, em uma fase de aquecimento da unidade de acionamento, o eixo de saída do motor de combustão interna gira mais rápido que o virabrequim da máquina de expansão de pistão, sem que o motor de combustão interna tenha que levar junto a máquina de pistão.

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8/20 [0017] Com uma unidade de acionamento concretizada segundo a invenção é garantido que após o término de uma fase de aquecimento do motor de combustão interna, também então, quando há uma quantidade suficiente de fluído em forma de vapor e/ou gás dentro do suprimento de fluído, a máquina de expansão de pistão pode dar partida, apesar de que todas as válvulas de admissão estar fechadas. Na medida em que todas as válvulas de admissão da máquina de expansão de pistão estão fechadas, os pelo menos dois cilindros se encontram respectivamente ou em uma fase de expansão ou em uma fase de compressão. Por esta razão deve ser assegurado que a máquina de expansão de pistão, em cada caso, comece a funcionar por uma transição de um estado de parada para um movimento na direção certa.

[0018] A concretização da máquina de expansão de pistão segundo a invenção garante uma partida segura da máquina de expansão na direção certa após o término da fase de aquecimento do motor de combustão interna com meios simples. Depois do término da fase de aquecimento do motor de combustão interna é retirado calor por meio de uma unidade de transmissão de

calor de	um sistema	de	refrigeração	do motor	de combustão
interna	e conduzido	ao	suprimento	de	fluído	da	máquina	de
expansão	de pistão.	No	suprimento	de	fluído	da	máquina	de

expansão de pistão forma-se um fluído em forma de vapor e/ou gás, o qual é alimentado com ajuda de pelo menos de uma unidade de alimentação a uma válvula de admissão assim como a uma válvula de passagem disposta paralela à mesma. Com ajuda da unidade de alimentação a pressão do sistema no suprimento de fluído é primeiramente aumentada de modo que a pelo menos uma válvula de passagem preferivelmente carregada a mola se abra para um valor limite da pressão do sistema e circule fluído

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9/20 para dentro do espaço interno do pelo menos um cilindro.

[0019] A pressão de abertura da válvula de passagem é escolhida de forma tal que ela esteja ainda acima da pressão de funcionamento da máquina de expansão de pistão, porém abaixo da pressão admissível do sistema do suprimento de fluído. Neste sentido, a seção transversal da abertura da válvula de passagem é pequena em relação à seção transversal da abertura da válvula de admissão de tal modo que apesar da abertura da válvula de passagem a pressão de sistema primeiro dentro do suprimento de fluído continua se elevando. Para uma concretização especial da invenção é garantido dessa forma que devido à mencionada contínua elevação da pressão de sistema dentro do suprimento de fluído, após uma primeira abertura da válvula de passagem também seja aberta a pelo menos uma outra válvula de passagem do pelo menos um outro cilindro, antes de se chegar a um movimento de uma primeira válvula de admissão. Assim podem ser equilibradas, sobretudo, diferenças condicionadas por tolerâncias da pressão de sistema necessária para as respectivas pelo menos duas válvulas de passagem carregadas a mola.

[0020] Em cada caso circula, na fase de partida, fluído em forma de vapor e/ou gás comprimido através da pelo menos uma válvula de passagem para o espaço interno do pelo menos um cilindro da máquina de expansão de pistão, antes de se chegar a um movimento de uma das válvulas de admissão. Encontra-se o pistão do respectivo cilindro na Fase de compressão, a válvula de admissão correspondente a esse cilindro está fechada, enquanto uma, eventualmente prevista, válvula de descarga está aberta. Devido a esta constelação, não se forma nenhuma pressão apesar do fluxo de fluído em forma de vapor e/ou gás para o

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10/20 cilindro, uma vez que o fluído circulando através da válvula de passagem flui para fora do cilindro novamente através da válvula de descarga. Através dessa medida é garantido de forma preferida que o pistão seja movimentado na direção errada devido ao fluído passando pela válvula de passagem e que o virabrequim da máquina de expansão de pistão não gire na direção errada.

[0021] Encontra-se o pistão do cilindro, pelo contrário, na fase de expansão, tanto a válvula de admissão quanto também a válvula de descarga estão fechadas. Circula então fluído em forma de vapor e/ou gás comprimido através da válvula de passagem para o espaço interno do cilindro, acontece uma formação de pressão dentro do cilindro, de modo que o pistão finalmente se movimenta na direção do ponto morto inferior. Por meio do movimento do pistão assim provocado, o virabrequim da máquina de expansão de pistão é colocado em um movimento de rotação, de modo que pelo menos também um outro pistão de pelo menos um outro cilindro realiza um movimento linear. Através do movimento do virabrequim finalmente é aberta pelo menos uma outra válvula de admissão associada a um outro cilindro e fluído em forma de vapor e/ou gás circula para o espaço interno do cilindro, de modo que a máquina de expansão de pistão finalmente dá partida. Depois que é realizada a partida da máquina de expansão de pistão, a pressão de sistema dentro do suprimento de fluído abaixa até a pressão de trabalho da máquina de expansão de pistão, de modo que as válvulas de passagem não têm função durante o funcionamento normal da máquina de expansão de pistão.

[0022] Um outra concretização prevê que uma máquina de expansão de pistão concretizada segundo a invenção compreenda

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11/20 um número ímpar de cilindros. Muito especialmente é adequada a utilização de cinco cilindros.

[0023] Em uma outra concretização especial da invenção, a válvula de passagem é realizada de tal forma que a seção transversal que pode ser liberada da válvula de passagem seja de 0,1 vezes até 0,5 vezes, em particular preferivelmente 0,2 vezes a seção transversal que pode ser liberada de uma válvula de admissão. Um dimensionamento deste tipo da seção transversal da válvula de passagem garante de forma preferencial que apesar das diferenças condicionadas por tolerâncias entre as válvulas de passagem individuais, a pressão de sistema dentro do suprimento de fluído se eleva também após a abertura de uma válvula de passagem e apenas depois que todas as válvulas de passagem previstas na máquina de expansão de pistão são abertas, uma válvula de admissão é movida devido ao movimento de pelo menos um pistão ou do virabrequim.

[0024] Finalmente, a invenção refere-se a um processo para o funcionamento de uma unidade de acionamento, para o qual o eixo de saída de um motor de combustão interna é unido mecanicamente, través de uma marcha em vazio, com o virabrequim de uma máquina de expansão de pistão, a qual compreende pelo menos dois cilindros, sendo que por meio do calor dissipado pelo motor de combustão interna é aquecido um fluído, e transferido pelo menos parcialmente em uma fase em forma de vapor e/ou gás. O fluído é conduzido pelo menos parcialmente em um estado de vapor e/ou gás através de uma válvula de admissão a um espaço interno do cilindro e sob descontração do fluído é colocado em movimento um pistão acoplado mecanicamente ao virabrequim e disposto de forma móvel dentro cilindro. O processo segundo a invenção caracteriza-se pelo fato de uma

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12/20 válvula de passagem, disposta tecnicamente, segundo o fluxo, paralela em relação à válvula de admissão ser aberta e com isso é aberta uma passagem para o espaço interno do cilindro, também quando a válvula de admissão está fechada.

[0025] Uma outra concretização vantajosa da invenção prevê que em uma máquina de expansão de pistão se tenham pelo menos dois cilindros com respectivamente uma válvula de admissão e uma válvula de passagem e que todas as válvulas de passagem sejam abertas antes que uma válvula de admissão seja aberta.

[0026] 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 de regulagem de uma máquina de expansão de pistão também com um baixo número de cilindros, sem que seja necessário uma embreagem para unir o virabrequim da máquina de expansão de pistão mecanicamente com o eixo de saída do motor de combustão interna.

[0027] A seguir, a invenção será descrita com mais detalhe a invenção sem limitação do escopo geral da invenção com referência às Figuras com exemplos de concretizações. Descrição das figuras [0028] A Figura 1 é um cilindro de uma máquina de expansão de pistão com uma válvula de admissão e uma válvula de descarga, assim como com uma válvula de passagem;

[0029] A Figura 2 é uma seção de uma cabeça de cilindro de uma máquina de expansão de pistão com válvula de admissão e a válvula de passagem paralela à mesma, em uma vista de detalhe;

[0030]

A Figura é a representação do fluxo de vapor na partida da fase de admissão;

[0031]

A Figura é a representação do fluxo de vapor na partida da fase de expansão;

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13/20 [0032] A Figura 5 é a representação do fluxo de vapor na partida da Fase de compressão; e [0033] As Figuras 6a e 6b ilustram representações do acoplamento de uma máquina de expansão de pistão concretizada segundo a invenção com um motor de combustão interna.

Descrição da invenção [0034] A Figura 1 mostra um cilindro 1 de uma máquina de expansão de pistão, realizada segundo a invenção, com válvula de admissão 2 e válvula de descarga 4, assim como com válvula de passagem 3 em uma representação em seção. A máquina de expansão de pistão é acoplada mecanicamente por meio de uma marcha em vazio 17 (roda livre) ao eixo de saída do motor a diesel de um veículo utilitário. Logo que, após uma fase de partida, o motor a diesel produz dissipação de calor, em um transferidor de calor ocorre uma, pelo menos parcial, transição de fase de um meio de trabalho fluídico. O fluído pelo menos parcialmente em forma de vapor é conduzido com ajuda de uma bomba através do suprimento de fluído 9 para as válvulas de admissão 2 e para as válvulas de passagem 3.

[0035] No lado de descarga do cilindro 1 representado na Figura 1 encontra-se a válvula de descarga 4, a qual é aberta durante a Fase de compressão do pistão 5, para que o fluído descontraído do espaço interno de cilindro 6 possa ser empurrado para a remoção de fluído 10.

[0036] O pistão 5 do cilindro 1 é unido com o virabrequim 8 da máquina de expansão de pistão através de uma biela 7 com os correspondentes mancais. Através de um movimento linear do pistão 5 dentro do espaço interno do cilindro 6 é colocado o virabrequim 8 da máquina de expansão de pistão em um movimento de rotação. O virabrequim 8 é realizado de tal forma que, em

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14/20 dependência do movimento do virabrequim 8, ocorre a abertura e o fechamento da válvula de admissão 2 e da válvula de descarga 4, deslocando-se o tucho de válvula 11 da válvula de admissão e da válvula de descarga 4 em um movimento de cá para lá. Como, além disso, complementarmente ao pistão 5 representado é acoplado pelo menos um outro pistão da máquina de expansão de pistão mecanicamente ao virabrequim 8, comum movimento do virabrequim 8 são movias também a válvula de admissão e a válvula de descarga associadas a esse outro pistão. Para garantir uma partida da máquina de expansão de pistão tem que ser colocado em movimento, portanto, pelo menos um dos 8 pistões dessa máquina.

[0037] Dentro do suprimento de fluído 9 dos pelo menos dois cilindros 1 encontra-se, após o término de uma fase de aquecimento, um fluído em forma de vapor, o qual é conduzido, com ajuda de uma bomba, para as válvulas de admissão 2 e as válvulas de passagem 3. Logo que dentro do suprimento de fluído 9 se instala uma pressão de sistema e uma força é exercida sobre a válvula de passagem 3, a força exercida pela mola 12 sobre a válvula de passagem 3 aumenta, a válvula de passagem é aberta independentemente da posição das válvulas restantes e fluído em forma de vapor circula para o espaço interno 6 do cilindro 1.

[0038] A Figura 2 é uma vista em detalhe da região A da Figura 1. è representado um recorte de uma cabeça de cilindro realizada segundo a invenção que mostra a disposição de uma válvula de admissão 2 e uma possível concretização da válvula de passagem 3. Na região do tucho de válvula 11 da válvula de admissão 2 encontra-se um furo 13 que produz uma conexão de circulação entre o suprimento de fluído 9 e a válvula de

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15/20 passagem 3 ou da abertura de válvula que pode ser liberada através da válvula de passagem. É exercida uma força gerada pela pressão de sistema existente no suprimento de fluído 9 sobre a válvula de passagem 3, a qual é maior que a força de tensão da mola 12, a válvula de passagem 3 realizada como válvula de esfera é aberta e o fluído em forma de vapor circula da região do suprimento de fluído 9 para o espaço interno 6 do cilindro.

[0039] Logo que foi alcançada a pressão de trabalho através do fluxo de fluído para o espaço interno 6 do cilindro, o pistão 5 se movimenta para baixo na direção do ponto morto inferior, e coloca em movimento, como descrito já para a Figura 1, o virabrequim, de modo que uma válvula de admissão de um outro cilindro é aberta e a máquina de expansão de pistão dá a partida.

[0040] Como pode ser observado claramente na Figura 2, a seção transversal da abertura 14 da válvula de passagem 3 é claramente menor que a seção transversal da abertura 15 da válvula de admissão 2. A seção transversal da abertura 15 da válvula de admissão 2 é representada na concretização exemplificativa da Figura 2 aproximadamente cinco vezes maior que a seção transversal 14 da válvula de passagem 3. Através de um dimensionamento desse tipo da seção transversal 14 da válvula de passagem 3 é garantido que a pressão de sistema dentro do suprimento de fluído 9 também continue a aumentar quando a válvula de passagem 3 já esteja aberta. O contínuo aumento da pressão de sistema deve-se neste caso a que a resistência de fluxo de uma seção transversal de abertura 14 assim dimensionada é proporcionalmente grande em comparação à quantidade de vapor extraída através da unidade de alimentação

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16/20 do suprimento de fluído 9.

[0041] A Figura 3 mostra a posição de válvula da válvula de admissão 2 e da válvula de descarga 4 assim como da válvula de passagem 3 de um cilindro 1 durante a fase de admissão assim como o fluxo de vapor na partida da fase de expansão. A válvula de admissão 2 é aberta para que o vapor do suprimento de fluído 9 entre no espaço interno 6 do cilindro 1. Por meio disso movimenta-se o pistão 5 em um movimento linear para baixo na direção do ponto morto inferior. Como um tal movimento do pistão 5, outra vez para válvula de admissão 2 fechada, leva a um aumento de volume do espaço interno do cilindro, o vapor que se encontra no espaço interno 6 do cilindro é descontraído através do movimento para baixo do pistão 5. Através do movimento do pistão 5 são colocados em movimento o virabrequim 8, o tucho de válvula 11 assim como pelo menos um outro pistão 16 com suas respectivas válvula de admissão e válvula de descarga. No estado de funcionamento do cilindro 1 representado na Figura 3, a válvula de passagem 3 não tem função.

[0042] A Figura 4 mostra uma representação do fluxo de vapor na fase de expansão de um cilindro 1 a posição do pistão 5 associada a ela. Após o término da fase de aquecimento do motor de combustão interna há disponível suficiente calor dissipado para produzir um vapor dentro do suprimento de fluído 9. Esse vapor é girado com ajuda de uma unidade de alimentação dentro do suprimento de fluído 9. Ao alcançar uma pressão de sistema que pode ser pré-determinada dentro suprimento de fluído 9, a qual provoca que uma força seja exercida sobre a válvula de passagem 3, a qual eventualmente ultrapassa a força de tensão da mola 12, a válvula de passagem 3 é aberta e o vapor circula do suprimento de vapor 9 para o espaço interno 6 do cilindro

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1.

[0043] Por meio da circulação do vapor para as válvulas de admissão 2 e de descarga 4 fechadas eleva-se a pressão dentro do cilindro 1. Por meio dessa formação de pressão, o pistão 5 começa a se mover lentamente na direção do ponto morto inferior e coloca em movimento de rotação o virabrequim 8 ali acoplado. Como o virabrequim 8 é realizado de forma que provoca um movimento da válvula de admissão 2 e da válvula de descarga 4, é aberta, em um outro cilindro 16, a válvula de admissão pertencente a ele través do movimento do pistão ou do virabrequim 8 a ele acoplado. Devido a essa abertura da válvula de admissão de uma outra, não representada na Figura 4, válvula de admissão a máquina de expansão de pistão dá partida. Durante a fase de acionamento, a válvula de passagem 3 novamente não tem função.

[0044] A Figura 5 mostra o fluxo de vapor para uma partida automática de uma máquina de expansão de pistão, a qual está no ciclo de trabalho da Fase de compressão. A válvula de admissão 2 é fechada enquanto a válvula de descarga 4 é aberta. Através da válvula de passagem 3 aberta devido à pressão de sistema no suprimento de fluído 9 circula novamente vapor do suprimento de fluído 9 para o espaço interno de cilindro 6. Devido à posição aberta da válvula de descarga 4 não se forma nenhuma pressão dentro do espaço interno de cilindro 6, de modo que o pistão 5 não é colocado em movimento. Através desta medida técnica é garantido particularmente que o pistão 5 não se movimente na direção errada e com isso não seja girado o virabrequim 8 na direção errada. Um funcionamento da máquina de expansão de pistão em uma direção não prevista aqui é evitado por meio disso de forma simples.

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18/20 [0045] A Figura 6 mostra uma disposição, ou acoplamento, preferida de uma máquina de expansão de pistão 19, concretizada segundo a invenção, com um motor de combustão interna 18, onde a Figura 6a contém uma representação da situação construtiva entre as longarinas 20 com a ventoinha 21, enquanto que na Figura 6b prescinde-se da representação da ventoinha 21 e da longarina 20 por razões de melhor visibilidade.

[0046] A máquina de expansão de pistão 19 de cinco cilindros 1, 16, neste caso, é realizada como motor em estrela, o qual é disposto entre a ventoinha 21 e o motor de combustão interna 18. A máquina de expansão de pistão 10 dispõe de um virabrequim 8 (não à vista nesta Figura), o qual é acoplado ao eixo de saída do motor de combustão interna 18 por meio de uma marcha em vazio 17 (roda livre) . A marcha em vazio 17 garante que ocorra uma transmissão de torque apenas do virabrequim 8 da máquina de expansão de pistão ao virabrequim do motor de combustão interna 18 e não na direção contrária. Dessa forma é garantido, por um lado, que uma transmissão de torque sempre aconteça então do virabrequim 8 da máquina de expansão de pistão para o virabrequim do motor de combustão interna, quando há disponível suficiente vapor para o funcionamento da máquina de expansão de pistão 19 para auxílio do motor de combustão interna 18 e, pelo outro lado, que não aconteça nenhum estado de funcionamento em que o motor de combustão interna 18 acione a máquina de expansão de pistão (o chamado rebocar junto).

[0047] Como mostram as concretizações acima, a previsão de uma válvula de passagem 3, que como descrito é prevista paralela à válvula de admissão 2 de um cilindro, representa uma possibilidade simples para concretizar a partida automática de uma máquina de expansão de pistão, acoplada

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19/20 mecanicamente a um motor de combustão interna. Com ajuda da invenção é possível então de maneira simples concretizar a dissipação de calor de um motor de combustão interna, particularmente de um motor de combustão interna de um veículo utilitário, com ajuda de um circuito térmico secundário. Para isso, no circuito térmico secundário, um meio de trabalho, em condições normais preferivelmente líquido, é convertido pelo menos parcialmente em uma fase de vapor e o vapor assim produzido é descontraído através de uma máquina de expansão de pistão para transformar a energia contida na dissipação de calor do motor de combustão interna em energia cinética. A energia cinética assim recuperada, a qual é conduzida para unidade de acionamento, cuida finalmente de um aumento da eficiência do sistema todo. Os sistemas assim combinados, de um motor de combustão interna tradicional, em particular um motor em estrela, e de uma máquina de expansão de pistão movida a vapor servem diretamente para o aumento do grau de efetividade de uma unidade de acionamento e levam com isso a uma diminuição da emissão de poluentes e a um aumento da economia.

Cilindro

Válvula

Pistão de admissão de passagem de descarga

Espaço interno de cilindro

Biela

Virabrequim

Suprimento de fluído

Remoção de fluído

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20/20

Tucho de válvula

Mola

Furo

Seção transversal da abertura da válvula de passagem

Seção transversal da abertura da válvula de admissão

Cilindro

Marcha em vazio (roda livre)

Motor de combustão interna

Máquina de expansão de pistão

Longarina

Ventoinha

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Unidade de acionamento, de um motor de combustão interna, o qual está unido operacionalmente com um eixo de saída, e com uma máquina de expansão de pistão (19), a qual é unida operacionalmente com um virabrequim (8), sendo que 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, caracterizada pelo fato de a máquina de expansão de pistão (19) dispor de pelo menos dois cilindros (1, 16), a cujo espaço interno (6) pode ser conduzido um fluído de um suprimento de fluído (9), com válvula de admissão (2) fechada, pelo menos 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 uma válvula de descarga (4), através da qual pode ser conduzido o fluído do espaço interno (6) do cilindro (1) para a remoção de fluído (10) .
3. Unidade de acionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de uma seção transversal de abertura que pode ser liberada (14) da válvula de passagem (3) ser de 0,1 vezes até 0,5 vezes a seção transversal que pode ser liberada (15) de uma válvula de admissão (2).
4. Unidade de acionamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo fato de as válvulas (2, 3, 4) serem reguláveis de tal modo que a válvula de passagem (3) é aberta pelo menos momentaneamente, quando a válvula de admissão (2) é fechada.

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5. Unidade de acionamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 4, caracterizada pelo fato de as válvulas (2, 3, 4) serem reguláveis de tal modo que a válvula de passagem (3) é aberta pelo menos momentaneamente, quando a válvula de admissão (2) e a válvula de descarga (4) estão fechadas.
6. Unidade de acionamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de a válvula de passagem (3) ser realizada como válvula de esfera carregada a mola.
7 . Unidade de acionamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pelo fato de a válvula de admissão (2) e a válvula de passagem (3) estarem conectadas a um suprimento de fluído (9) com uma unidade de alimentação para o suprimento do cilindro (1, 16) com um fluído em forma de vapor e/ou gás, e a unidade de alimentação assim como uma seção transversal de abertura (14) da válvula de passagem (3) são dimensionadas de tal maneira que aumenta uma pressão de sistema no suprimento de fluído (9), quando a válvula de admissão (2) é fechada e a válvula de passagem (3) é aberta.
8 . Unidade de acionamento, de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada pelo fato de a máquina de expansão de pistão (19) dispor de um número ímpar de cilindros (1, 16).
9. Unidade de acionamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada pelo fato de a máquina de expansão de pistão (19) dispor de cinco cilindros (1, 16).
10. Processo para funcionamento de uma unidade de acionamento, para o qual um eixo de saída de um motor de combustão interna (18) é unido mecanicamente, través de uma marcha em vazio (17), com o virabrequim (8) de uma máquina de expansão de pistão (19) , a qual dispõe de pelo menos 2 cilindros (1, 16), sendo

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3/3 que por meio da dissipação de calor do motor de combustão interna (18) um fluído aquece e é convertido pelo menos parcialmente em vapor e/ou uma fase gasosa, o fluído pelo menos parcialmente em forma de vapor e/ou em estado gasoso é conduzido através de uma válvula de admissão (2) a um espaço interno do cilindro e sob descontração do fluído um pistão (5) dentro do cilindro (1) disposto de forma móvel e acoplado mecanicamente ao virabrequim (8) é colocado em movimento, caracterizado pelo fato de a válvula de passagem (3) disposta por técnica de fluído paralela à válvula de admissão (2) ser aberta e o fluído do suprimento de fluído ser conduzido para o espaço interno (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) ser abertas antes de uma válvula de admissão (2) ser movida.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de a válvula de passagem (3) ser aberta em dependência de uma pressão de sistema no suprimento de fluído (9).
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 10 a 12, caracterizado pelo fato de um movimento da válvula de admissão (2) ser provocado através de uma rotação do virabrequim (8).