BRPI0902964A2

BRPI0902964A2 - pistão para máquina de expansão, máquina de expansão de pistão de movimento alternado e uso de um pistão

Info

Publication number: BRPI0902964A2
Application number: BRPI0902964-8A
Authority: BR
Inventors: Raup Markus; Klammer Josef; Raab Gottfried; Kirchberger Roland; Lang Michael
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge Österreich AG
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2010-07-13
Also published as: BRPI0902964B1; RU2009129716A; RU2434140C2; EP2154400A3; US8381524B2; US20100083659A1; CN101644205B; AT507159A1; CN101644205A; AT507159B1; EP2154400A2; EP2154400B1

Abstract

descrito um pistão assim como uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado com um pistão que apresenta uma cabeça de pistão (1), um pescoço de pistão (2) assim como uma saia de pistão (3), sendo que a cabeça de pistão (1) apresenta pelo menos uma ranhura (4) que passa em sentido circunferencial, adequada para alojar um anel de pistão (5), e a saia de pistão (3) apresenta um ressalto (17) e em seu perímetro externo uma superfície-guia (6) adequada para guiar o pistão ao longo de uma parede interna de cilindro (10). O pistão descrito destaca-se pelo fato de um diâmetro externo do pescoço do pistão (2) ser menor do que um diâmetro externo da cabeça de pistão (1) e/ou da saia de pistão (3) e o comprimento do pescoço de pistão (2) corresponder praticamente ao curso do pistão no estado montado.

Description

"PISTÃO PARA MÁQUINA DE EXPANSÃO, MÁQUINA DE EXPANSÃO DEPISTÃO DE MOVIMENTO ALTERNADO E USO DE UM PISTÃO".

A presente invenção refere-se a um pistão de uma máquinade expansão do pistão de movimento alternado assim como auma máquina de expansão de pistão de movimento alternadopara aplicação em um circuito vapor de um circuito derecuperação de calor acoplado a um motor de combustãointerna, no qual pode ser preferivelmente utilizado umpistão desse tipo. 0 pistão apresenta uma cabeça, umpescoço assim como uma saia, sendo que a cabeça do pistãoapresenta pelo menos uma ranhura que passa em sentidocircunferencial que é adequada para alojar um pescoço depistão, e sendo que a saia do pistão dispõe de umelemento de alojamento de uma cavilha do pistão assimcomo em seu perímetro externo de uma superficie-guia, queé adequada para guiar o pistão ao longo de uma paredeinterna do cilindro.

No caos do desenvolvimento e aperfeiçoamento de motoresde combustão interna, nos últimos anos, vem ganhando umaatenção especial, por um lado, a minimização de poluentese por outro uma maior eficiência dos agregados. Nessecontexto, existe uma possibilidade de aumentar aeficiência de modernos motores de combustão interna, quereside em explorar de forma ideal o calor dissipado naárea do respectivo motor de combustão interna. Ao tomaras medidas correspondentes é possível delimitar otamanho construtivo da instalação de refrigeração comotambém tornar aproveitável o calor de perda transmitidoao meio ambiente, para outras aplicações na área doveiculo.

Para poder aproveitar o mais eficazmente possivel o calorde perda dissipado na área de um motor de combustãointerna, é cada vez mais forçado, por essa razão, odesenvolvimento dos assim chamados sistemas de

recuperação de calor, dentro dos quais o calor dissipadono motor de combustão interna é transferido a um fluidoportador de calor e tornado aproveitável por meio de umamáquina movida a vapor localizada nesse circuito de calor secundário.

Nesse contexto é conhecido a partir do documento DE 3429727 Al um motor composto combustivel/vapor com utilizaçãodo calor de processo, no qual a minimização do consumo decombustível, sobretudo, é possivel pelo fato de umamáquina a vapor ficar conectada em seguida ao motor decombustão. No caso da unidade de acionamento designadanesse documento como motor composto, uma parte do calorde perda dissipado no motor de combustão interna étransferida à água de refrigeração, que dessa forma entraem ebulição. 0 vapor formado pela ebulição da água derefrigeração é, em seguida, armazenado em uma caldeira avapor sob pressão, e em seguida, disponibilizado para umamáquina a vapor. O torque de acionamento gerado pelamáquina a vapor é transferido ao eixo de manivelas domotor de combustão interna.

Além disso, no documento EP 1 870 575 A2 é descrito ummotor de combustão alimentado de um veiculo, queapresenta um circuito de refrigeração, no qual um meio detrabalho é circulado, o qual é convertido pelo menosparcialmente para um estado de agregação em vapor ougasoso. Neste caso, é prevista uma unidade de expansão,que fica em conexão de trabalho com um eixo de saida domotor de combustão interna através de um trem deacionamento. Na unidade expansora descrita, um eixo desaida da unidade expansora é movimentado através de umaconversão da energia presente no meio de trabalho pelomenos parcialmente em forma de vapor ou gás. A unidadeexpansora descrita é projetada como motor de pistão dedois-tempos, que fica em conexão de trabalho direta ouindiretamente através do trem de acionamento com o eixode saida do motor de combustão interna.

A partir de soluções técnicas conhecidas no estado datécnica, principalmente de máquinas de expansão de pistãode movimento alternado conhecidas para a utilização docalor de perda dissipado em um motor de combustão internapor meio de um circuito de vapor, é tarefa da presenteinvenção, criar um pistão assim como uma máquina deexpansão de pistão de movimento alternado, pela qual érealizado um aproveitamento efetivo da energia presenteno vapor, e portanto, do calor de perda dissipado em ummotor de combustão interna tomando por base meiosconstrutivos relativamente mais simples. Através dassoluções técnicas a serem apresentadas, é tambémpossível realizar sobretudo uma partida mais segura deuma máquina de expansão de pistão de movimento alternadoimpulsionada a vapor, assim como uma separação efetivados circuitos de óleo e vapor. Através de uma separaçãodo circuitos de óleo e de vapor pode-se evitar de formasegura que os circuitos se sujem mutuamente pela passagemdo respectivo meio.

A tarefa acima citada é solucionada através de um pistãode acordo com a reivindicação 1, assim como de umamáquina de expansão de pistão de movimento alternado, deacordo com a reivindicação 8. Formas de concretizaçãovantajosas da invenção são objeto das reivindicaçõesdependentes e são a seguir mais detalhadamenteesclarecidas sob referência às figuras na descrição.De acordo com a invenção, o pistão de uma máquina deexpansão de pistão de movimento alternado, que apresentauma cabeça, um pescoço assim como uma saia, sendo que acabeça do pistão apresenta pelo menos uma ranhura quepassa na direção circunferencial, adequada para alojar umanel do pistão e sendo que a saia do pistão dispõe de umelemento de alojamento que é adequado para alojar um pinode pistão, assim como dispõe de uma superficie-guia emseu perímetro externo, que é adequada para guiar o pistãoao longo de uma parede interna do cilindro, de tal formaaperfeiçoados que um diâmetro externo do pescoço dopistão é menor do que um diâmetro externo da cabeça dopistão e/ou da saia do pistão.

Um pistão executado de acordo com a invenção écaracterizado pelo fato de adicionalmente à cabeça dopistão convencionalmente prevista, designada também dezona anular do pistão, e à saia do pistão, é previsto umpescoço de pistão entre as duas áreas acima referidas,que separa a cabeça do pistão da saia do pistão. Aseparação da saia do pistão e da cabeça do pistão, nestecaso, é feita por um lado através de um distanciamento emsentido longitudinal do pescoço do pistão ali presenteentre eles, e por outro, pelo estabelecimento de umdiâmetro externo menor do pescoço do pistão.

Em uma forma especial de concretização da invenção, asaia do pistão prevê em uma área contígua ao pescoço dopistão uma ranhura que passa em sentido circunferencialdo pistão, que é adequada para o alojamento de uma junta.Preferivelmente a junta executada como junta de barraprevê em ter dos dois elementos de vedação dispostos nasrespectivas áreas marginais um compartimento oco, no qualpode se acumular óleo ou residuos contendo óleo da áreacondutora de óleo do cilindro. Por meio de uma junta debarras executada de forma correspondente evita-sevantajosamente que óleo ou residuos contendo óleo sejamdirecionados para a área do pescoço do pistão e/ou para aárea condutora de vapor do cilindro.

Vantajosamente, o comprimento do pescoço do pistão queapresenta em relação à cabeça do pistão e da saia dopistão um diâmetro externo reduzido, é de tal formaexecutado que o comprimento do pescoço do pistãocorresponda pelo menos aproximadamente ao curso do pistãono estado montado. Através dessa característicaconstrutiva do pescoço do pistão é asseguradoprincipalmente que pode se acumular fluido ou vapor queescapa da zona de expansão do cilindro do cilindro,na área do pescoço do pistão através da zona do anel dopistão e se descomprime preferivelmente no compartimentooco correspondente. Além disso, essa forma deconcretização do pescoço do pistão oferece apossibilidade de extrair para fora do compartimentocoletor por meio de sucção dos gases de combustão para ocárter "blow-by" que se acumulam no compartimentocoletor, no compartimento oco entre o pescoço do pistão ea parede interna do cilindro, portanto, o vapor dos gasesde combustão para o cárter através de um orificio dentroda parede interna do cilindro, a qualquer tempo durante omovimento de um pistão. O vapor assim aspirado pode serconvenientemente encaminhado novamente para o circuito devapor, não podendo se perder do sistema total.Uma outra configuração especial da invenção prevê que nasaia do pistão esteja previsto pelo menos um canal devazamento, que forma uma conexão pela qual pode circularo fluido, entre uma área que circunda o pescoço do pistãoe uma área abaixo da saia do pistão. Com relação a pelomenos a um canal de vazamento é possivel executá-lo oucomo furo dentro da saia do pistão ou alternativa ouadicionalmente a isso como canal aberto unilateralmenteem relação à parede interna do cilindro, que é colocadona superfície da saia do pistão e que conecta ocompartimento oco dentro da ranhura entre os doiselementos vedantes da junta de barras, à área de óleo.Através de pelo menos um canal de vazamento anteriormentedescrito, é possivel assegurar convenientemente que oóleo, que chega à ranhura dentro da saia do pistão, naqual está prevista uma junta para a vedação da área deóleo em relação ao compartimento coletor do pescoço dopistão, pode ser novamente conduzido á área de óleo.A concretização, de acordo com a invenção, de um pistãopara máquina de expansão de pistão de movimento alternadooperada a vapor assegura portanto que por um lado na áreada cabeça do pistão é feita uma vedação em relação à áreade expansão preenchida com vapor do cilindro, com auxiliode anéis de pistão, que além disso na área da saia dopistão é feita uma vedação em relação à área de óleoatravés da junta correspondente, preferivelmente de umajunta de barras, e que na área do pescoço do pistão quese encontra em sentido longitudinal do pistão entre acabeça do pistão e a saia do pistão, é previsto umcompartimento coletor, que no estado montado do pistãoforma um compartimento oco entre a parede externa dopescoço do pistão e a parede interna do cilindro. Atravésdas características técnicas de um pistão executado deacordo com a invenção, obtém-se, por um lado, umaseparação segurada área condutora de vapor ou óleo dentrodo cilindro, e por outro, é assegurado que nocompartimento coletor que circunda o pescoço do pistãopode se acumular os gases de combustão para o cárter, queé removido finalmente de modo seguro e conduzido aocircuito de vapor.

A condução de um pistão, de acordo com a invenção, éfeita no lado do óleo, de forma que fique asseguradasempre a lubrificação. A vedação do lado de óleo é feita,como já descrito, com auxilio de juntas correspondentes,preferivelmente de juntas de barras. Vazamentos minimos,que se acumulam na área dessa junta, são conduzidosatravés de pelo menos um canal de retorno de vazamento emrelação ao lado inferior da saia do pistão ou do pistão,e portanto, de volta ao lado de óleo. A saia do pistãotem principalmente a tarefa de absorver forças laterais,que ocorrem pelo fato de o pistão ser empurrado para aparede do cilindro durante seu operação, de modoalternado. Isso provoca, entre outras coisas, pancadas depistão e ruidos delas decorrentes. Essa pancada de pistãopode ser resolvida preferivelmente mediante minimizaçãoda folga do pistão e principalmente pelo aumento docomprimento da saia do pistão. Uma outra medida que reduza pancada de pistão reside no desvio axial do pino do pistão.

A invenção refere-se além disso a uma máquina de expansãode pistão de movimento alternado, que no aproveitamentode calor de perda de motores de combustão interna éutilizado para elevar o grau de ação da unidade inteirade acionamento. Uma máquina de expansão de pistão demovimento alternado executada de acordo com a invençãoapresenta, neste caso, pelo menos dois cilindros, cujoscompartimentos de expansão são conectados pelo menosparcialmente e temporariamente por meio de pelo menos umaválvula de admissão com um circuito de vapor e, nos quaisrespectivamente pode ser movimentado um pistão em conexãode trabalho com um eixo de manivela através de conexão debiela entre um ponto morto superior e um ponto mortoinferior. Uma máquina de expansão de pistão de movimentoalternado, de acordo com a invenção, destaca-se pelo fatode o eixo de manivela ser executado de tal forma que tãologo pelo menos um cilindro se encontre no ponto mortoinferior, pelo menos um outro cilindro já fica dispostoapós o ponto morto superior. Através da geometriaanteriormente descrita, respectivamente um cilindro seencontra após o ponto morto superior, quando o outrocilindro estiver no ponto morto inferior. Umaconfiguração construtiva desse tipo assegurapreferivelmente que seja evitado um giro inverso, ouseja, uma marcha a ré da máquina de expansão de pistão demovimento alternado.

Em uma forma especial de concretização da invenção, amáquina de expansão de pistão de movimento alternadoapresenta dois cilindros, cujos eixos centrais ficamparalelos e desalinhados entre si. Um arranjo desse tipodos cilindros e, portanto, dos pistões movimentados noscilindros é realizado através de uma configuraçãocorrespondente do acionamento a manivela.

Além das características construtivas de um pistãoespecial, uma máquina de expansão de pistão de movimentoalternado destaca-se vantajosamente pelo fato deadicionalmente á válvula de admissão ser prevista umaválvula bypass ali alojada em sentido paralelo. Umaválvula bypass desse tipo assegura vantajosamente queserá garantida uma partida automática livre de regulaçãoda máquina de expansão de pistão de movimento alternadona direção correta.

Uma forma de concretização especialmente adequada damáquina de expansão de pistão de movimento alternadodestaca-se pelo menos por um dos pistões a seremutilizados, que já apresenta as características descritasbásicas da invenção. Um aperfeiçoamento especial dainvenção prevê portanto que no caso de uma máquina deexpansão de pistão de movimento alternado descrita, opistão é executado de tal forma que entre uma parede docilindro e uma superfície externa do pescoço do pistão noestado montado está previsto um compartimento ocoadequado como compartimento coletor para fluidos. Umaconcretização técnica desse tipo é obtida preferivelmentepelo fato de o pescoço do pistão conduzido dentro docilindro dispor de um diâmetro externo menor do que o dacabeça do pistão e da saia do pistão. 0 fluido em formade vapor, que apesar da provisão de anéis na área dacabeça do pistão, chega ao compartimento coletor, saindodas áreas condutoras de vapor do compartimento interno docilindro, especialmente saindo do compartimento deexpansão, é capturado mediante a provisão de um

compartimento coletor correspondentemente dimensionado, edescomprimido suficientemente.

Em combinação com a medida acima referida, ou seja,mediante a provisão de um compartimento coletor em umaárea entre o pescoço do pistão e a parede interna docilindro, é previsto na área da parede interna docilindro um orifício através do qual o fluido em forma devapor, que se forma no compartimento coletor, pode serpreferivelmente é levado para dentro de uma área de baixapressão do circuito de vapor.

Em um aperfeiçoamento especial da máquina de expansão depistão de movimento alternado o orifício é executadodentro da parede do cilindro de forma que ele se encontreentre um ponto morto superior e um ponto morto inferiorna área do compartimento coletor, apesar do movimento dopistão. O comprimento do pescoço do pistão entre a cabeçado pistão e a saia do pistão é, neste caso, de tal formadimensionado que o comprimento do pescoço do pistãocorresponda pelo menos ao curso do pistão durante aoperação da máquina de expansão de pistão de movimentoalternado, de acordo com a invenção. Como o compartimentocoletor fica conectado, dessa forma, à área de baixapressão do circuito de vapor, no compartimento coletornão se estabelece nenhuma pressão dos gases de combustãopara o cárter que se forma no compartimento coletor ou ofluido em forma de vapor ou dos gases de combustão para ocárter pode ser facilmente reconduzido para o circuito devapor.

A invenção destaca-se principalmente pelo fato de no casode uma máquina de expansão de pistão de movimentoalternado, projetada de acordo com a invenção, éempregado um pistão que dispõe em uma área entre acabeça do pistão e a saia do pistão de um pescoço queapresenta um diâmetro externo menor em comparação com acabeça do pistão e da saia do pistão. Essa concretizaçãotécnica de pistão é combinada vantajosamente com avedação na área da cabeça do pistão por meio de pelomenos um anel e na área da saia do pistão por meio depelo menos uma junta de barras. Desse modo, é feita umaseparação segura entre o meio de trabalho propriamentedito, portanto, de um fluido em forma de vapor, e o óleonecessário para a lubrificação do pistão assim como dorolamento de biela e do eixo de manivela. Portanto, nãoocorre nenhuma contaminação dos meios óleo e vapor, oupelo menos, ocorre apenas uma contaminação minima mútuados meios óleo e vapor.

No caso de uma outra máquina de expansão de pistão demovimento alternado preferida, de acordo com a invenção,está previsto que a parede interna de cilindro sejaprojetada pelo menos em duas peças, com pelo menospreferivelmente um primeiro material na área da cabeça dopistão e um segundo material na área da saia do pistão.Desse modo, dependendo do tipo dos meios empregados, épossivel fazer uma escolha ideal de materiais para asáreas da parede do cilindro que ficam em contato com opistão. Assim, por exemplo, pode ser prevista uma buchafeita de latão ou bronze de alumínio na área de vapor dopistão, enquanto que na área da saia de pistão seriapreferível uma bucha de ferro-gusa, já que esta chega aficar em conato com óleo. Além disso os diferentessegmentos da parede interna de cilindro podem seradaptados, dependendo da necessidade no processamento, ástolerâncias, coeficientes de fricção, qualidades desuperfície ou geometrias, de forma ideal às respectivasnecessidades.

A seguir, a invenção é mais detalhadamente esclarecidasob referência às figuras sem restrição da idéiainventiva geral, onde:

A figura 1 mostra uma ilustração em corte de um pistãoexecutado de acordo com a invenção;

A figura 2 mostra uma vista externa do pistão executadode acordo com a invenção; e

A figura 3 mostra uma ilustração esquemática da geometriado acionamento a manivela de uma máquina de expansão depistão de movimento alternado executada de acordo com ainvenção com eixo de manivela e dois cilindros.

A figura 1 mostra um pistão executado de acordo com ainvenção com uma cabeça 1, um pescoço 2 e uma saia 3. Acabeça do pistão 1 apresenta duas ranhuras 4 que passamem sentido circunferencial, que são projetadasadequadamente para o alojamento de anéis 5correspondentes do pistão. Por outro lado, a saia dopistão 3 apresenta uma superfície-guia 6 por meio da qual

0 pistão é conduzido durante a operação dentro docilindro 7. Além disso na área superior da saia do pistão3, na proximidade imediata do pescoço do pistão 2 estãoprevistas duas ranhuras nas quais se encontram juntasprojetadas como junta de barras 9.

Em relação à cabeça do pistão 1 e á saia do pistão 3, opescoço do pistão 2 destaca-se por um lado pelo fato deapresentar um diâmetro externo reduzido e de eleassegurar um distanciamento espacial da cabeça do pistão1 em relação a saia do pistão 3 no sentido longitudinaldo pistão. Tão logo um pistão executado de acordo com ainvenção se encontre na posição montada dentro docilindro 7, entre o pescoço do pistão 2 e a paredeinterna do cilindro 10 é formado um compartimento oco,que é previsto como compartimento coletor 11 para fluidoem forma de vapor, que apesar da provisão de anéiscorrespondentes 5, chega a esse compartimento coletorcomo o assim chamado vapor dos gases de combustão para ocárter, ao sair do compartimento de expansão 12 docilindro 7, acionado a vapor.

A condução do pistão no lado do óleo dentro de umcilindro é feita por meio de uma superficie-guia 6, queforma pelo menos uma parte da superfície externa da saiado pistão 3. Essa superficie-guia 6 absorveprincipalmente as forças laterais que atuam sobre opistão.

As juntas de barras 9 previstas dentro das ranhuras 9incluem também entre o elementos vedantes, que asseguramuma vedação em relação á área condutora de óleo 13 docilindro 7, um compartimento oco 14 que passa em sentidocircunferencial do pistão. O óleo, que se acumula nessecompartimento oco 14 entre os dois elementos vedantes dajunta de barras 9, é reconduzido para a área 13 condutorade óleo através de canais de retorno de vazamento 15correspondentes, saindo desse compartimento oco 14.

Além disso, na área do compartimento coletor 11 éprevisto um orifício 16 na parede interna do cilindro,que estabelece uma conexão hermética a fluido entre ocompartimento coletor 11 e uma área de baixa pressão docircuito de vapor (não ilustrado) . Neste caso, o orificio16 é projetado dentro da parede interna do cilindro 10 detal forma que ou o comprimento do pescoço do pistão 2 édimensionado de tal forma que o orificio 16 se encontradurante o movimento do pistão sempre entre o ponto mortosuperior e o ponto morto inferior na área docompartimento coletor 11. O fluido em forma de vapor, queapesar dos anéis 5 chega até esse compartimento coletor11, é descomprimido e finalmente conduzido para uma áreade baixa pressão do circuito de vapor através do orificio16 dentro da parede interna do cilindro 10.A combinação de uma vedação por meio de anéis do pistão 5na área da cabeça do pistão 1 assim como na área da saiado pistão 3 com auxilio de uma junta de barras 9 com umpescoço de pistão 2, em cuja área externa é formado umcompartimento coletor 11 para os gases de combustão parao carter, especialmente vapor, assegura que não seráfeita nenhuma contaminação ou apenas uma contaminaçãominima mútua de óleo e o meio de trabalho vapor. Nestecaso, a solução técnica, de acordo com a invenção,destaca-se sobretudo pelo fato de ela realizar umavedação correspondente com auxilio de elementosconstrutivos relativamente simples.

A figura 2 mostra um pistão projetado, de acordo com ainvenção, em uma vista externa espacial. A condução dopistão dentro do cilindro 7 é feita através desuperficies-guia 6 previstas na área da saia do pistão 2.Além disso, na área da saia do pistão 3 são previstosdois ressaltos de pino 17, nos quais a barra de biela 18é fixada com auxilio de um pino 19 correspondente. Tãologo um pistão projetado de acordo com a invenção dentrodo cilindro 7 é deslocado mediante descompressão de umvapor comprimido dentro do compartimento de expansão 12,em um movimento linear, a barra de biela 18 também écolocada em movimento. O movimento linear do pistão étransmitido para um eixo de manivela 20 através da barrade biela 18, desse modo sendo convertido em movimento derotação. O eixo de manivela 20 da máquina de expansão depistão de movimento alternado 21 fica indiretamente, porexemplo, através de um acoplamento de roda livre, oudiretamente em conexão de trabalho com o eixo de manivelade um motor de combustão interna (não ilustrado).A figura 3 mostra uma máquina de expansão de pistão demovimento alternado 21, projetada de acordo com ainvenção, com dois cilindros 7. Além disso, aparecemilustrados nessa figura, de forma esquemática duasválvulas de admissão acionadas por mola 22, cujomovimento é também influenciado pela rotação do eixo demanivela 20. O cilindro 7, e portanto, o pistão móvel nocilindro, ficam de tal maneira dispostos que os eixoscentrais dos cilindros 7 passam desalinhados entre si emsentido paralelo na distância A=B. Um arranjocorrespondente dos cilindros 7 entre si é obtido atravésde uma realização correspondente de uma geometria deacionamento a manivela. Preferivelmente o deslocamentodos eixos centrais dos cilindros entre si é de 25 mm.Tendo em vista a geometria ilustrada na figura 3 éassegurado que o cilindro ilustrado à esquerda 7 fiquealojado após o ponto morto superior, quando o cilindroreproduzido à direita se encontrar no ponto mortoinferior. A mesma configuração ocorre, assim que ospistões se encontrem na posição final respectivamenteoposta. Essa medida construtiva assegura que durante acirculação do vapor através de uma válvula bypassdisposta paralelamente em relação à válvula de admissãode um cilindro o pistão de um cilindro seja movimentadopara o ponto morto inferior e,desse modo, a válvula deadmissão do respectivo cilindro localizado após o pontomorto superior seja aberta e durante o acionamento avapor a maquina de expansão de pistão de movimentoalternado arranque automaticamente na direção correta.Para o posicionamento da máquina de expansão de pistão demovimento alternado 21 em um dos dois pontos de partida éprevista na cabeça do pistão uma válvula bypass dispostaparalelamente em relação á válvula de admissão, queestabelece uma conexão entre o compartimento de expansão12 e o fornecimento de vapor.

Em uma fase de aquecimento da máquina de expansão depistão de movimento alternado, executada de acordo com ainvenção, o meio de trabalho ainda fluido ou o vaporúmido não são conduzidos através do compartimento deexpansão 12 do cilindro, mas conduzidos primeiramenteatravés de tubos de aquecimento na cabeça do cilindro comuma válvula de estrangulamento conectada em série. Dessemodo, os cilindros 7 são primeiramente aquecidos. Tãologo esteja presente calor suficiente e o fluxo de massado fluido de troca de calor possa ser totalmenteevaporado, a pressão do sistema aumentará dentro dofornecimento de vapor e finalmente o vapor circularáatravés das válvulas bypass entrando para dentro doscompartimentos de expansão aquecidos 12 dos cilindros 7.Cada cilindro que não se encontrar na fase de saída, seráempurrado na direção do ponto morto inferior. Desse modo,a válvula de admissão do cilindro defronte será aberta eo expansor arrancará automaticamente durante oacionamento a vapor.SINAIS DE REFERÊNCIA

1 - cabeça do pistão

2 - pescoço do pistão

3 - saia do pistão

4 - ranhura na cabeça do pistão

5 - anel do pistão

6 - superficie-guia

7 - cilindro

8 - ranhura na saia do pistão

9 - junta de barras

10 - parede interna do cilindro

11 - compartimento to coletor

12 - compartimento de expansão

13 - área condutora

14 - compartimento oco

15 - canal de retorno de vazamento

16 - orifício

17 - ressalto de pino

18 - barra de biela

19 - pino

20 - eixo de manivela

21 - máquina de expansão de pistão de movimento alternado

22 - válvula de admissão

Claims

1. Pistão para máquina de expansão, com pistão demovimento alternado que apresenta uma cabeça, um pescoço(2) e uma saia (3), sendo que a cabeça do pistão (1)apresenta pelo menos uma ranhura que passa em sentidocircunferencial, adequada para alojar um anel de pistão,e a saia do pistão (3) apresenta um ressalto de pino (17)adequado para alojar um pino de pistão, e em seuperímetro externo apresenta uma superficie-guia (6)adequada para conduzir o pistão ao longo de uma paredeinterna do cilindro (10), caracterizado pelo fato de umdiâmetro externo do pescoço de pistão (2) ser menor queum diâmetro externo da cabeça de pistão (1) e/ou da saiade pistão (3).

2. Pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de a saia de pistão (3) dispor em uma áreacontígua ao pescoço de pistão (2) de pelo menos umaranhura (8) que passa em sentido circunferencial dopistão, ranhura esta que é adequada para o alojamento deuma junta (9) .

3. Pistão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de a junta ser executada como junta de barras(9).

4. Pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 3, caracterizado pelo fato de o pescoço de pistão(2) apresentar um comprimento que corresponde pelo menosde forma aproximada ao curso do pistão no estado montado.

5. Pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 4, caracterizado pelo fato de na saia do pistão(3) ser previsto pelo menos um canal de retorno devazamento (15), que forma uma conexão pela qual podecircular o fluido, situada entre a ranhura (8) que passana área da saia de pistão, contígua ao pescoço de pistão(2), em sentido circunf erencial do pistão, e uma área(13) condutora de óleo no estado montado do pistão,abaixo da saia de pistão (3).

6. Pistão, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de os canais de retorno de vazamento (15) seremprojetados como ranhuras que passam em sentidolongitudinal do pistão, ranhuras estas que são colocadasna saia de pistão (3).

7. Pistão, de acordo com a reivindicação 5 ou 6,caracterizado pelo fato de os canais de retorno devazamento (15) serem projetados como furos herméticos afluido dentro da saia de pistão (3) .

8. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,com pelo menos dois cilindros, cujos compartimentos deexpansão (12) ficam conectados a um circuito de vaporpelo menos parcialmente e pelo menos temporariamente pormeio de pelo menos uma válvula de admissão (22), e nosquais respectivamente um pistão que fica em conexão detrabalho com um eixo de manivela (20) através de umaconexão de biela (18) pode ser movimentado entre um pontomorto superior e um ponto morto inferior, caracterizadapelo fato de o eixo de manivela (20) ser projetado de talforma que tão logo pelo menos um pistão (7a) de umcilindro se encontre no ponto morto inferior, pelo menosum outro pistão (7b) de um outro cilindro fica alojadojá após o ponto morto superior.

9. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fatode ser prevista uma válvula bypass disposta em conexãofluidica paralelamente à válvula de admissão.

10. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelofato de estarem previstos exclusivamente dois cilindros(7), cujos eixos centrais estão dispostos na posiçãomontada em sentido paralelo e desalinhados entre si.

11. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 10,caracterizada pelo fato de pelo menos um pistão serprojetado no tipo de pistão conforme definido em qualqueruma das reivindicações de 1 a 7.

12. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 11,caracterizada pelo fato de o pistão ser projetado de talforma que entre uma parede interna de cilindro (10) e umasuperfície externa de um pescoço de pistão (2) no estadomontado está previsto um compartimento oco adequado comocompartimento coletor (11).

13. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fatode o compartimento coletor (11) ser vedado em relação aum compartimento de expansão condutor de vapor (12) docilindro.

14. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com a reivindicação 12 ou 13 caracterizada pelofato de o compartimento coletor (11) ser vedado por meiode pelo menos uma junta (9) prevista na saia de pistão(3) em relação á área condutora de óleo (13) docompartimento interno do cilindro.

15. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fatode a junta ser executada como junta de barras (9).

16. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 15,caracterizada pelo fato de a parede interna de cilindro(1) apresentar na área do compartimento coletor (11) umorifício (16) por meio do qual pelo menos temporariamentepode ser estabelecida uma conexão entre o compartimentocoletor (11) e o circuito de vapor.

17. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fatode por meio do orifício (16) o compartimento coletor (11)poder ser conectado a uma área de baixa pressão docircuito de vapor de forma hermética a fluido.

18. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizadapelo fato de o orifício (16) ficar disposto na paredeinterna de cilindro (10) de tal forma que o orifício (16)durante um movimento do pistão entre o ponto mortosuperior e o ponto morto inferior, se encontre sempre naárea do compartimento coletor (11).

19. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado,de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 18,caracterizada pelo fato de a parede interna de cilindro(10) ser projetada pelo menos em duas peças compreferivelmente pelo menos um primeiro material na áreada cabeça do pistão e um segundo material na área da saiado pistão.

20.

Uso de um pistão, conforme definido em qualquer umadas reivindicações de 1 a 7, e/ou de uma máquina deexpansão de pistão de movimento alternado, conformedefinida em qualquer uma das reivindicações de 12 a 18,caracterizado pelo fato de esse uso ser em uma unidade detrabalho, na qual o calor dissipado em um motor decombustão interna é transmitido a um fluido detransferência de calor, sendo o fluido de transferênciade calor então convertido pelo menos parcialmente a umestado de agregação em forma de vapor, sendo o fluido detransferência de calor pelo menos parcialmente em formade vapor descomprimido em uma máquina de expansão depistão de movimento alternado (21) da unidade deacionamento e o torque transmitido a um eixo de manivela(20) da máquina de expansão de pistão de movimentoalternado (21), em virtude da descompressão, sendotransferido pelo menos parcialmente a um eixo de saida daunidade de acionamento.