CN117916451A - 缸往复式装置、压缩空气发动机和车辆 - Google Patents

Abstract

利用根据本公开文本所记载的压缩空气发动机提供一种驱动方案，其可以简单、紧凑、小型、和轻便、以及非常可靠且多方面地使用。此外，在使用压缩空气作为压力介质时，提供了具有最高环境因素的驱动发动机。压缩空气发动机可应用在敏感的区域中，因为不产生有害物质并且不需要油。压缩空气发动机可模块化地配置并且由此可灵活地与不同的应用领域相匹配。压缩空气发动机的缸往复式装置可以以任何顺序或并联布置。此外，不同的缸往复式装置可以彼此组合。因此，压缩空气发动机能够有针对性地与相应的功率要求和相应的应用领域相匹配。可以实现高转矩，并且由发动机施加的转矩理想地与实际情况相匹配。例如，由于单冲程运行的可能性，仅具有一个缸往复式装置的压缩空气发动机可以与常规4缸4冲程发动机在性能上很容易地相等或优于常规4缸4冲程发动机。这种压缩空气发动机的生产成本非常低。通过组合扭转刚性的压力储罐，车身结构可附加地更容易地构建。本发明提供一种非常轻便、节能和灵活驱动的车辆。这种压缩空气发动机的生产成本非常低。通过压缩空气发动机的一个或多个缸往复式装置的灵活的运行方式，能够放弃传动系组件、像比如传动机构和差速器。

Description

缸往复式装置、压缩空气发动机和车辆

技术领域

本发明涉及一种用于压缩空气发动机的缸往复式装置、具有这种缸往复式装置的压缩空气发动机和具有这种压缩空气发动机的车辆。

背景技术

发动机用于转换能量并例如为驱动车辆提供能量。将热能转换为机械能的机器被称为热力机。热力机包括例如蒸汽机、蒸汽涡轮和所有的内燃机。当今的内燃机的大部分是往复式活塞发动机。往复式活塞发动机通过可移动地布置在缸中的活塞来工作。在该如此实现的、可变的空腔中，通过燃烧从气态的或液态的工作介质中提取其能量的一部分。在燃烧时，工作介质的膨胀导致活塞的运动。活塞经由铰接件和活塞杆连接到曲轴。活塞的直线运动被转换成曲轴的旋转运动。活塞在缸内的两个端部位置之间往复运动。所述端部位置被称为第一死点和第二死点。从一个端部位置到另一个端部位置的运动被称为一个冲程。

常规的往复式活塞发动机大部分是2冲程和4冲程往复式活塞发动机。在2冲程往复式活塞发动机中，在每个第二冲程中就有一个冲程通过工作介质的膨胀在活塞上做功。在4冲程往复式活塞发动机中，在每第四冲程中就有一个冲程通过工作介质的膨胀在活塞上做功。冲程(在该冲程中通过工作介质的膨胀在活塞上做功)也称为工作冲程或燃烧冲程。

因为在2冲程和4冲程的情况下往复式活塞发动机分别在仅仅一个冲程中做功，所以在这些发动机中通常使用多个缸。在这些传统的多冲程发动机中，曲轴传动机构被构造成，使得在相应的缸中的工作冲程彼此错开。例如由活塞、活塞杆和/或连杆、曲轴和位于其间的铰接件构成的单元被称为曲轴传动机构。

为了解决传统内燃机的缺点，近来已经开发了用于车辆的电传动系统。然而，这些电传动系统对于环境在生产和处理方面是极其有问题的。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于，提出一种用于改进的发动机的部件、一种具有这种部件的改进的发动机以及一种具有改进的发动机的改进的车辆。

该目的通过一种具有独立权利要求1的特征的用于压缩空气发动机的缸往复式装置、一种具有独立权利要求10的特征的压缩空气发动机和一种具有独立权利要求24的特征的车辆来解决。改进方案在从属权利要求中给出。

本发明的核心是，提供用于有效的且可灵活地使用和运行的压缩空气发动机的部件和这种压缩空气发动机。

根据本公开文本所记载的缸往复式装置具有一个或多个缸往复式装置，其优选地是双向作用的并且可经由优选地电气阀填充或排空压力介质。尤其是，在这种压缩空气发动机中，多个缸往复式装置可以灵活地相互连接。

根据本公开文本所记载的缸往复式装置具有空心缸体，活塞在空心缸体中能够上下运动。空心缸体优选具有柱形的外周面。替代地，空心缸体也可以具有其它例如矩形或椭圆形成形的外周面。然而，用于形成缸往复式装置的压力室的内周面优选地通常是柱形的。

该空心缸体例如由铸铁、铝、轻金属合金、或塑料(由于低的运行温度)制成。空心缸体可以一体地或由多个部分组成。

空心缸体的内周面和活塞的外周面彼此协调或构成，使得活塞可在空心缸体内部压力密封地运动。空心缸体的内壁构成压力室，该压力室通过活塞被分成压力密封地相互分开的第一压力腔和第二压力腔。随着活塞的运动，第一压力腔的容积与第二压力腔的容积相反地变化。空心缸体内壁具有至少一个第一压力腔开口和第二压力腔开口。经由第一压力腔开口和第二压力腔开口，一种或多种压力介质可以被分别引入第一压力腔开口和第二压力腔开口中，并且从第一压力腔开口和第二压力腔开口引出。活塞例如由铝或铝合金或塑料制成。

至少一个第一压力腔开口和至少一个第二压力腔开口这样构成，使得压力介质可以通过电气阀通过第一压力腔开口和第二压力腔开口引入或引出到第一压力腔或第二压力腔中。例如，至少一个第一压力腔开口和至少一个第二压力腔开口可以是穿过空心缸体的壁的孔。孔例如可以具有内螺纹。内螺纹可以这样构成，即它可以与电气阀的外螺纹构成压力密封的连接，从而压力介质只能通过电气阀内部的流动通道流入到第一或第二压力腔中。

电气阀优选包括一个阀流动通道和一个阀封闭件。通过阀流动通道可以使待用电气阀控制的压力介质流动。阀流动通道可利用阀封闭件封闭，并且因此压力介质的流动路径被封闭。阀流动通道在阀的打开状态下具有最小流动横截面，该最小流动横截面优选确定通过阀的最大流体流量。如果在流动通道中从蓄压器出发直至压力室中没有具有较小流动横截面的区段(无节流部)，则阀流动通道的最小流动横截面也确定从蓄压器直至压力室的最大流体流。在阀的闭合状态下，优选没有压力介质能够流过阀流动通道。电气阀的打开状态和闭合状态优选地涉及电气阀的完全(最大)打开状态和电气阀的完全(最大)闭合状态。

在本公开文本的意义上，电气阀包括所有用于截断或控制流体(液体或气体)的流动的构件，并且其中这些构件以(纯)电方式、例如通过电磁铁、带有齿轮驱动装置的电伺服马达、螺杆驱动装置或线性马达进行操纵。尤其电磁阀应理解为电气阀。

阀封闭件例如可以构造为盘形、锥体、球形、针形或阀活塞，它们与相应的阀座的相互作用下能够实现流动通道的密封或封闭。

根据本公开文本所记载的缸往复式装置优选包括至少两个电气阀，所述至少两个电气阀优选包括至少一个用于从第一压力腔引入或引出压力介质的电气阀和优选包括至少一个用于从第二压力腔引入或引出压力介质的电气阀。但是在没有由当前的权利要求所覆盖的实施方式中，也可以使用唯一的多通道阀。

通过使用电气阀，与例如机械阀相比，提供了一种更简单的、更轻便的并且具有较小摩擦的阀连同其驱动装置和控制装置的设计方案。此外，在调控和控制中的自由度更大。

在本公开文本的意义中，压力介质可以涵盖所有由于压缩和存储在压力储罐中而能够吸收所引入的能量的流体介质。此外，压力介质优选可以引入压力腔(第一或第二压力腔)或者从压力腔中引出，其中，压力介质可以通过压力腔中的膨胀再次释放至少一部分通过压缩引入的能量。由于压力介质在压力腔中的膨胀，在压力腔中形成压力，该压力能够使活塞运动。不需要燃烧/点火来使压力介质膨胀。例如，压缩空气是本公开文本的意义上的压力介质。

根据在当前的权利要求书中未覆盖的另一示例，可燃气体或气体混合物(例如氢气或汽油-空气混合物)也可用作压力介质。当使用可燃气体或气体混合物时，缸往复式装置优选地包括火花塞，以用于点燃第一压力腔或第二压力腔中的可燃气体或气体混合物，或者分别地点燃第一压力腔和第二压力腔中的可燃气体或气体混合物。

利用压缩空气发动机提供驱动发动机，其例如可简单、紧凑、可靠且多方面地使用。此外，在尤其是将压缩空气用作压力介质时，提供了一种具有环保的驱动能的驱动发动机。空气作为工作介质可以无限地提供并且无需消耗我们的资源就可以使用。特殊垃圾，像比如在当今的用于电驱动装置的锂离子电池中，在使用压缩空气作为驱动能量时在发动机的使用周期中不会产生。此外，压缩空气在作为能量载体使用时在压缩空气发动机中在没有污染的情况下仅仅被压缩。因此，由压缩空气发动机引出的压缩空气是无害物质的，并且能够无需过滤、不变且无噪声地逸出到环境中。此外，压缩空气发动机例如可应用在敏感的区域中，因为不产生有害物质并且根据结构不需要油。因此，压缩空气发动机例如能够有利地用于船、医院、冷库、机场和火车站或用于在城市交通中的车辆。压缩空气储罐例如可借助在每个插座上或在固定的压缩空气站上的电驱动的车载压缩机来加载。

压缩空气发动机在使用压缩空气时的特征在于具有零排放的CO2中性的运行方式。利用压缩空气发动机提供了一种在生产和处理方面中更简单且对于环境更无问题的驱动装置。

压缩空气发动机优选地可以模块化地配置，并且由此可以灵活地与不同的应用领域相匹配。压缩空气发动机的缸往复式装置可以以任何顺序或并联布置。此外，不同的缸往复式装置可以相互组合。因此，压缩空气发动机能够有针对性地与相应的功率要求和相应的应用领域相匹配。根据需要或运行情况，压缩空气发动机的(多个)缸往复式装置可以以单冲程过程和多冲程过程来运行。必要时可以使用不同的、也彼此不同的压力介质。可以实现高转矩，并且由发动机施加的转矩理想地与实际情况相匹配。例如，由于单冲程运行的可能性，仅具有一个缸往复式装置的压缩空气发动机可以轻松达到或超过常规的4缸4冲程发动机的性能。这种压缩空气发动机的生产成本很低。

压缩空气发动机包括根据本公开文本所记载的至少一个缸往复式装置。此外，压缩空气发动机具有活塞杆和曲轴。至少一个缸往复式装置的曲轴和活塞的耦合使得活塞的(线性)往复运动通过活塞杆转换成曲轴的旋转运动。

在此，活塞杆延伸穿过在缸往复式装置的空心缸体内壁中的活塞杆开口。优选地，活塞杆(活塞杆的外直径)和活塞杆开口彼此协调，使得相应的压力室向外流体密封地得到密封，活塞杆延伸穿过该压力室。例如，通过在活塞杆开口中的密封件/密封环可以实现流体密封的密封。活塞杆可以从活塞起在一侧穿过第一压力腔或第二压力腔向外延伸，或者也可以替代地从活塞起在两侧穿过第一压力腔和第二压力腔延伸。

对于示例性地被称为曲轴传动机构的由优选活塞、活塞杆、连杆、曲轴和连接的铰接件构成的单元可考虑不同的实施方案。优选的是，活塞杆施加线性运动，从而可以实现从缸往复式装置的压力室向外的可靠密封。也可能的是，在压缩空气发动机中将不同的或相同的曲轴传动机构相互组合。

这种缸往复式装置是双向作用的。因此，在功率输出运行(发动机运行)中，缸往复式装置的活塞可以从一个或两个相对而置的侧选择性地被加载以压力。因此，根据功率需求可以灵活地匹配压缩空气发动机的一个或多个缸往复式装置的运行方式。

此外，缸往复式装置可以以泵运行(回收运行)来运行。在泵运行中，可以通过活塞对压力介质加载压力。根据上述功率输出运行(发动机运行)，压力可以从活塞的一侧或两侧施加到压力介质。活塞在泵运行中通过驱动轮或与驱动轮耦合的曲轴予以驱动。例如，具有环境压力的空气在从第一端部位置运动到第二端部位置中时通过活塞被吸入到第一压力腔中。在活塞从第二端部位置返回运动到第一端部位置中时，第一压力腔的电气阀优选封闭，从而第一压力腔中的压力介质被压缩。例如，当活塞从第二端部位置运动到第一端部位置的结束时，被压缩的压力介质从第一压力腔中引出，并且例如可以存储在压力储罐中。

电气阀可以非常快速、可变和精确地开关。因此，可以利用电气阀实现短的操控时间。此外，电气阀可以借助电子控制装置有针对性地并且彼此独立地被操控。这允许在压缩空气发动机中的一个或多个缸往复式装置的运行期间的高灵活性。

在一个不被权利要求所包含的设计方案中，代替所述电气阀例如也可以使用气动或液压操控的介质操纵的阀，或机械地通过曲轴来操纵的阀。

根据另一在权利要求书中未覆盖的示例，压缩空气发动机可以构造为对置活塞发动机。在对置活塞发动机中，两个活塞在同一个空心缸体中工作并且在该空心缸体的中心共享一个共同的压力室。相应地，两个活塞中的一个与第一活塞杆连接，该第一活塞杆向外延伸穿过空心缸体的顶壁。两个活塞中的另一个与第二活塞杆连接，该第二活塞杆向外延伸穿过空心缸体的底壁。在第一活塞杆和第二活塞杆上分别连接有一个曲轴，该曲轴将相应活塞杆的往复运动转化为曲轴的旋转运动。相应地，在这种发动机中，在空心缸体的侧壁中设置附加的阀，使得共同的压力室可以被填充和排空。

本发明的核心还在于，在车辆中提供带有至少一个压力储罐的压缩空气发动机并且将这些部件有利地布置在该车辆中。

车辆优选地具有一个或多个压缩空气发动机，并且优选地具有一个或多个压力储罐。压力储罐被构造成用于存储至少一种压力介质。压力储罐可以彼此相互连通(串联地或并联地或组合地)，或者，特别是当在相应的储储罐中使用不同的压力介质或不同的压力时，可以不彼此相互连通。根据所使用的不同压力介质的数量，也可以使用用于不同压力介质的多个压力储罐。在使用仅一种压力介质、像比如压缩空气时，可以使用一个大的压缩空气储罐或替代地使用多个小的压缩空气储罐。例如，为了回收功能，也可以设置用于单独存储被泵送的介质的单独的压力储罐。

根据一个示例性实施方式，在根据本公开文本所记载的车辆中还可以针对同一压缩空气发动机使用不同压力介质。因此，例如压缩空气发动机可以首先利用压缩空气运行并且在需要时切换到利用例如氢气的运行。例如，在根据本公开文本所记载的车辆中，也可以存在多个压缩空气发动机，所述多个压缩空气发动机分别以各自的彼此不同的压力介质运行。与之相应地，例如，根据本公开文本所记载的车辆可以具有设计成利用压缩空气运行的压缩空气发动机和设计成利用例如氢气运行的压缩空气发动机。通过在车辆中不同的压力介质的组合，可以实现显著的里程范围提升和燃料可用性的灵活性。

利用这样的车辆提供了一种非常轻巧、能效高且驱动灵活的车辆。通过压缩空气发动机的缸往复式装置的灵活的运行方式，可以省去传动系部件、像比如传动机构和差速器。由此，与例如传统的内燃机相比，可以实现具有非常轻的重量的车辆。由于传动系部件的数量最少，车辆的传动系非常耐用并且极易维护。

在车辆中，构造成扭转刚性的压力储罐可以用作车辆车身的承载件。压缩空气发动机的紧凑的结构方式允许在车辆中布置多个压缩空气发动机。例如，每个驱动轮可以具有其自己的压缩空气发动机。各个压缩空气发动机同样可以安装在压缩空气储罐上。压缩空气发动机的紧凑的结构方式以及省去轴驱动部件、如传动机构和差速器的可能性允许灵活地实施多个发动机变型并且使车辆的驱动最佳地匹配于车辆的相应的使用场景。此外，车辆的特征在于，其非常安全，因为压力储罐是防爆的并且是不可燃的。

例如，在根据本公开文本所记载的车辆中，加速踏板和/或制动踏板可以与一个或多个压缩空气发动机的控制装置耦合，使得可以根据需要(功率和速度)借助加速踏板和/或制动踏板(经由控制装置)来控制电气阀的状态(并且因此控制对一个或多个缸往复式装置中的每一个的压缩空气的引入和引出以及停止对一个或多个缸往复式装置中的每一个的压缩空气的引入)。

例如，在具有至少一个压缩空气发动机的车辆中，根据加速踏板、制动踏板的位置和车辆的速度，对于至少一个缸往复式装置的电气阀的状态，以下四个运行状态可以借助控制装置来实现。

当加速踏板和制动踏板未被操纵并且车辆静止时，于是例如可出现第一运行状态。在第一运行状态下，例如缸往复式装置的所有电气阀都闭合。因此，缸往复式装置既不输出功率(发动机运行)，也不向压力介质引入能量(泵运行)。根据第一运行状态，车辆优选地处于停车运行中。

当加速踏板和制动踏板未被操纵并且车辆正在运动时，于是例如可出现第二运行状态。在第二运行状态下，例如至少一个缸往复式装置的所有电气阀都闭合。附加地，优选地接入/存在空转装置，其可使与至少一个缸往复式装置相耦合的曲轴和与该曲轴相耦合的驱动轮彼此脱耦，从而驱动轮在空转装置接入的情况下可旋转并且缸往复式装置的活塞优选地同时保持静止。根据第二运行状态，车辆优选处于自由滚动运行(空转运行)中。

当加速踏板未被操纵但是制动踏板被操纵并且车辆正在运动时，于是例如可出现第三运行状态。在第三运行状态下，例如缸往复式装置以回收运行(泵运行)工作。在回收运行中，缸往复式装置的电气阀优选地这样切换，即，具有环境压力的压力介质首先通过例如缸往复式装置的活塞的向下运动而被吸入到第一或第二压力腔中，然后通过活塞的反向运动(在此为向上运动)而在相应的压力腔中被压缩，然后从压力腔中引出到相同的或另一个压力储罐中。在制动过程中利用回收运行可以是延长里程范围的，因为通过缸往复式装置首先用压力加载压力介质并且接着用压力加载的压力介质可以作为压力介质用于加载缸往复式装置的活塞(发动机运行)。

对于回收运行，有利的是为通过缸往复式装置压缩的压力介质设置单独的压力储罐。当使用单独的压力储罐时，例如，缸往复式装置的第一压力室可以与第一压力储罐和第二压力储罐两者连接。第一压力储罐在此优选这样与第一压力室连接，使得压力介质可以从第一压力储罐通过电气阀引入第一压力腔。另外，优选的是，第二压力储罐与第一压力腔这样连接，使得压力介质可以从第二压力储罐经由电气阀引入第一压力腔。第二压力储罐例如是设计用于存储通过回收压缩的压力介质的储罐。缸往复式装置可以选择性地利用第一压力储罐和第二压力储罐两者运行。例如，可以设置电动的3通阀，通过该3通阀可以选择性地将来自第一压力储罐的压力介质或来自第二压力储罐的压力介质引入第一压力腔。另外，优选的是，第二压力储罐被这样构造，从而能够容纳并储存在缸体往复式装置中被活塞压缩的压力介质。存储在第二压力储罐中的压力介质可以具有比来自第一压力储罐的压力介质更低的压力。来自第二压力储罐的压力介质然后可以例如在车辆的功率需求低时被调用。这种第二压力储罐也可以独立于回收功能存在。

当加速踏板被操纵并且制动踏板未被操纵时，于是例如可出现第四运行状态。车辆可以静止或运动。因此，能够涉及启动或加速。在第四运行状态下，所述一个或多个缸往复式装置通过电气阀填充压力介质或从其中引出压力介质。在全负荷运行(加速踏板完全踩到底)的情况下，例如可接入车辆的一个或多个压缩空气发动机的所有缸往复式装置。在低功率(部分踩下加速踏板)的情况下，例如压力介质仅可被引入缸往复式装置中的单个缸往复式装置或从其中引出。此外，可以根据功率需求在单冲程运行中或在多冲程运行中工作。

根据本公开文本所记载的车辆的特征在于压力储罐和压缩空气发动机的布局和构造的极其高的灵活性。通过每个压缩空气发动机的缸往复式装置的灵活的设计方案，优选地可省去传统的传动系的其它部件，像比如传动机构和差速器等。

根据另一示例，车辆的车辆速度的匹配可以通过使用多个不同直径的驱动轮来实现。优选地，根据该示例，压缩空气发动机与车辆的大的驱动轮连接，而压缩空气发动机与车辆的较小的驱动轮连接。如果要达到高的速度，则可以接入大的驱动轮的压缩空气发动机并且关断较小的驱动轮的压缩空气发动机或者说在较小的驱动轮的压缩空气发动机和较小的驱动轮之间接入附加的空转装置。相反，在低速时，仅接入用于较小驱动轮的压缩空气发动机并且关断用于大驱动轮的压缩空气发动机或者通过空转装置使其脱耦。如果要达到高的速度，那么可以接入大的驱动轮的压缩空气发动机。如果两个压缩空气发动机的最大速度转动相同，那么由于大的驱动轮的直径大于较小的驱动轮的直径，可以实现车辆的更高的速度。

根据权利要求2所述的示例性的设计方案，缸往复式装置的活塞行程小于活塞外直径。

活塞行程是活塞在第一端部位置和第二端部位置之间行进的路径。活塞外直径是(柱形的)活塞的外直径，该活塞与空心缸体相协调，使得活塞可以压力密封地在空心缸体中移动。活塞外直径因此是活塞的最大直径。

根据权利要求2所述的设计方案，所述缸往复式装置是短冲程发动机。与具有相同排量的长冲程发动机、也就是说活塞行程大于活塞外直径的缸往复式装置相比，在短冲程发动机中在空心缸体的顶壁或者底壁中有更多的空间用于较大的阀。这允许更高的压力介质吞吐量，并且因此允许更多的转矩和功率。具有这样的缸往复式装置的压缩空气发动机可以在功率较高时构造得非常紧凑。

根据权利要求3所述的示例性的设计方案，缸往复式装置在活塞位于第一端部位置时具有第一死区容积，该第一死区容积小于第一排量的30％、优选小于15％、进一步优选小于5％、进一步优选小于2.5％、进一步优选小于1％。并且，在活塞位于第二端部位置时，缸往复式装置具有第二死区容积，该第二死区容积小于第二排量的30％、优选小于15％、进一步优选小于5％、进一步优选小于2.5％、进一步优选小于1％。

第一排量由活塞行程和活塞相对于第一压力腔的有效横截面积来确定。

第二排量由活塞行程和活塞相对于第二压力腔的有效横截面积来确定。

活塞的有效横截面积是活塞的面向顶壁或底壁的面，该面向下限定第一压力室或者说向上限定第二压力室。换句话说，有效横截面积由活塞的面向顶壁或底壁的面到垂直于活塞的运动方向的面上的投影得出。因此，活塞杆所连接的区域不包括在有效横截面积中。因此，在简化的观察中，有效横截面积由活塞(包括可能存在的密封环)的横截面积减去可能存在的活塞杆的横截面积得出。

第一死区容积理解为如下容积，该容积处于第一端部位置中的活塞与处于闭合位置中的电气阀之间，通过所述电气阀能够将第一压力介质引入和/或能够引出到第一压力腔中。关于电气阀，阀封闭件应被用作参考，该阀封闭件处于闭合状态。

第一死区容积因此一方面在活塞位于第一端部位置中时通过第一压力腔的容积构成。另一方面，第一死区容积通过可填充压力介质的容积形成，该容积在闭合状态下在至少一个电气阀的阀封闭件和第一压力腔之间形成，通过所述至少一个电气阀第一压力介质可被引入和/或引出到第一压力腔中。后者也可以被称为面向压力腔的阀通道容积。

第二死区容积理解为如下容积，该容积位于处于第二端部位置中的活塞和电气阀之间，第二压力介质可通过所述电气阀引入和/或引出到第二压力腔中。关于电气阀，阀封闭件应被用作参考，该阀封闭件处于闭合状态。

第二死区容积因此一方面在活塞位于第一端部位置中时通过第二压力腔的容积构成。此外，第二死区容积通过可填充压力介质的容积形成，该容积在闭合状态下在至少一个电气阀的阀封闭件与第二压力腔之间形成，通过所述至少一个电气阀，第二压力介质可被引入和/或引出到第一压力腔中。后者也可以被称为面向压力腔的阀通道容积。

因此，死区容积涉及缸往复式装置的一种状态，在该状态下，用于压力介质进入到第一或第二压力腔中的进入或流出的所有电气阀都闭合，并且活塞要么位于第一端部位置中，要么位于第二端部位置中。这种运行状态例如可以是在车辆停止状态下电气阀的状态。

已经发现，在小于第一排量的30％、优选地小于15％、更优选地小于5％、更优选地小于2.5％、更优选地小于1％的死区容积的情况下，活塞的响应行为受到积极的影响。通过小的死区容积实现了导入到第一压力腔或第二压力腔中的介质在最短的时间之后将挤压力施加到活塞上，该挤压力相应于压力介质的压力。与较大的死区容积相比，位于死区容积中的气体的预先的压缩不是必需的。

根据权利要求4所述的示例性的设计方案，至少一个第一压力腔开口布置在顶壁中，并且至少一个第二压力腔开口布置在底壁中。

至少一个第一压力腔开口和至少一个第二压力腔开口的这种布置允许活塞与顶壁或底壁接近或贴靠。

在这种布置中，活塞沿径向方向不能封闭至少一个第一压力腔开口或至少第二压力腔开口中的任一个，因为它们布置在底壁或顶壁中。在布置在空心缸体内壁的外周面中的开口的情况下，为了将压力介质可靠地引入或从压力室中引出，活塞不允许完全地阻断这些开口。因此，活塞不能被带到与底壁或顶壁接近或贴靠。此外，在第一压力腔开口和/或第二压力腔开口在空心缸体内壁的外周面中的布置中，如果活塞阻断至少一个第一压力腔开口或至少一个第二压力腔开口，那么缸往复式装置的效率会降低。

根据权利要求4所述的实施方案，由第一压力腔或第二压力腔在活塞位于端部位置时确定的死区容积的份额可以被设计为最小。

尤其是在将缸往复式装置构造成短冲程发动机时，在空心缸体的顶壁或底壁中存在许多用于电气阀的空间。根据各应用情况可以有利的是，利用少量大型的或许多小型的电气阀来控制压力介质向压力腔中的引入和从压力腔中的引出。小型的电气阀的特征例如在于开关动作时间非常短。利用大型的阀例如可以实现通过阀的较高的容积流。

根据权利要求5所述的实施方式，优选为多个压力腔开口中的每个压力腔开口(用于第一和第二压力腔和用于压力介质的引入和引出)配设一个自身的电气阀。也就是说，电气阀的数量相应于所有用于将压力介质引入和引出到第一和第二压力腔中的压力腔开口的总和。通过电气阀的这种布置或配属，电气阀可以非常紧密地布置在第一压力腔或第二压力腔上，因为每个压力腔开口为了引入或引出压力介质而具有自身的电气阀。相应地，可以实现非常小的死区容积。此外，通过这种配属，可以彼此独立地控制压力介质到第一压力腔或第二压力腔中的进入或流出。由此得到了发动机功率与相应运行状态或相应负荷状态和/或相应运行状态下的功率要求的最高程度的灵活性以及由此得到的高匹配性。

根据权利要求6所述的示例性的实施方式，使用了相对于活塞的有效横截面积具有相对较大的最小流动横截面的电气阀。由此，被引入压力腔或从压力腔中引出的压力介质的通过量可以非常高并且由此实现发动机的高功率。优选地，在包含用于缸往复式装置的压力介质的压力储罐与相应的缸往复式装置之间的其余流动路径的横截面积分别大于阀的最小流动横截面。因此，优选地，阀的最小流动横截面也是压力储罐与缸往复式装置之间的其余流动路径的最小流动横截面。

优选地，从第一压力腔或第二压力腔中引出的压力介质，在功率输出运行(发动机运行)中的压缩程度比引入到第一压力腔或第二压力腔中的压力介质的压缩程度要低。为了例如使流入和流出的压力介质的流动速度彼此平衡，根据权利要求7所述的示例性的实施方式，负责压力介质引出的电气阀的最小流动横截面的总和与负责压力介质进入的电气阀相比优选变大。

根据权利要求8所述的示例性的设计方案，缸往复式装置具有至少两个入口第一压力腔开口和至少两个出口第一压力腔开口。此外或替代地，缸往复式装置具有至少两个入口第二压力腔开口和至少两个出口第二压力腔开口。

优选地，所述至少两个第一压力腔开口(进气和排气)和所述至少两个第二压力腔开口(进气和排气)相对于压力室的旋转轴线对称地布置。通过使用多个第一或第二压力腔开口可以提高引入压力室的压力介质的量。此外，当根据一种示例性的实施方式第一或第二压力腔开口的每个开口具有自身的电气阀时，可以借助对电气阀的控制和单独的操控来打开所有或仅一定数量的开口。因此，借助控制装置能够灵活地匹配引入压力室的压力介质的量。

优选地，根据权利要求9所述的示例性的实施方式，缸往复式装置具有用于测量压力的压力传感器和/或用于测量温度的温度传感器。优选地，在第一压力腔或第二压力腔中仅设置一个压力传感器。替代地，压力传感器可以分别设置在第一压力腔和第二压力腔中。优选地，在第一压力腔或第二压力腔中仅设置一个温度传感器。替代地，温度传感器可以分别设置在第一压力腔和第二压力腔中。替代地，可以在第一压力腔和第二压力腔之一中或者分别在第一压力腔和第二压力腔中设置另外的传感器。

根据权利要求11所述的示例性的设计方案，压缩空气发动机具有至少一个压力调节器。优选地，压力调节器被布置在用于相应的缸往复式装置的相应的压力介质所在的相应的压力储罐与相应的缸往复式装置之间。为了例如将压力储罐中的高压减小到用于引入的较低压力，例如可以设置呈减压阀形式的多个压力调节器作为减压级。必要时也设置有附加的中间压力储罐。根据该实施方式示例性可能的是，借助压力调节器来增大或减小从压力储罐流向压力调节器的压力介质的压力，然后将所述压力介质引入缸往复式装置。压力介质的压力影响缸往复式装置的功率输出，因为在高压时可以有更多的力施加到缸往复式装置的活塞上。优选地，压力调节器具有不同的输出管路(输出流动路径)，在这些输出管路中，压力介质的压力可以不同。因此，可以利用一个压力调节器将具有不同的、通过压力调节器调节的压力介质引入多个缸往复式装置。根据该实施方案，为压缩空气发动机的各个缸往复式装置的运行方式提供了非常高的灵活性。借助压力调节器，优选在具有多个缸往复式装置的压缩空气发动机中，可以单独地调控第一压力腔和第二压力腔中的每个压力腔中的压力。

根据权利要求12所述的示例性的设计方案，压缩空气发动机具有用于检测曲轴的旋转位置的旋转角度传感器。

此外，根据权利要求12所述的压缩空气发动机具有控制装置。优选地，控制装置是电子控制装置。利用控制装置例如可以控制缸往复式装置的多个电气阀，使得缸往复式装置根据需要选择性地在一个单冲程运行或者多冲程运行之间切换地工作，在所述单冲程运行中活塞在端部位置之间的每次运动中被加载压力，在所述多冲程运行中活塞在端部位置之间的某些运动中不被加载压力。

控制装置被构造成控制(即打开和闭合)一个或多个缸往复式装置的电气阀。优选地，一个或多个旋转角度传感器的信号用作控制装置的引入参量，所述旋转角度传感器能够确定一个或多个曲轴的旋转位置并且将该值传输至控制装置。控制装置可以借助该引入参量确定，与相应的曲轴连接的活塞处于哪个位置，旋转角度传感器位于该曲轴上。

例如，控制装置可被如此设计，使得0°或360°的曲轴旋转角度对应于活塞在第一端部位置的位置，而180°的旋转角度对应于活塞在第二端部位置的位置。

下面示例性地描述对于当活塞位于第一端部位置或第二端部位置时恰好打开或闭合电气阀的情况的电气阀的控制。替代地，打开/闭合可以根据负荷情况在任意其他时间点进行。

在活塞的第一端部位置中，第一压力腔的容积最小并且第二压力腔的容积最大。控制装置借助曲轴的旋转角度传感器识别出活塞位于第一端部位置中并且打开能够将第一压力介质引入第一压力腔的电气阀以及闭合够将第一压力介质从第一压力腔中引出的电气阀。此外，控制装置打开能够将第二压力介质从第二压力腔中引出的电气阀，并且闭合能够将第二压力介质引入第二压力腔中的电气阀。根据电气阀的这些状态，第一压力介质被引入第一压力腔，第一压力介质在第一压力腔中建立起压力，并因此将活塞从第一端部位置向活塞的第二端部位置的方向挤压。活塞然后到达第二端部位置。

在第二端部位置中，第二压力腔的容积最小并且第一压力腔的容积最大。控制装置借助曲轴的旋转角度传感器识别出活塞位于第二端部位置中，并且当活塞位于第二端部位置中时，打开能够将第二压力介质引入第二压力腔中的电气阀并且闭合能够将第二压力介质从第二压力腔中引出的电气阀。此外，控制装置打开能够将第一压力介质从第一压力腔中引出的电气阀，并且闭合能够将第一压力介质引入第一压力腔中的电气阀。

通过控制装置，电气阀优选也可以不同于上述方式地打开和闭合，其中电气阀的打开和闭合正好在0°/180°/360°的曲轴旋转角度或者正好在第一端部位置或者第二端部位置进行。

例如，当活塞从第二端部位置运动到第一端部位置中时，电气阀(通过该电气阀第一压力介质可引入第一压力腔中)已经可以被打开，并且电气阀(通过该电气阀第一压力介质可从第一压力腔中引出)在活塞到达第一端部位置之前、优选在曲轴的旋转角度为330°-359°、进一步优选345°-355°时已经被闭合。在该示例中，0°/360°的曲轴旋转角度对应于活塞在第一端部位置中的位置。在该示例中，180°的曲轴旋转角度相应于活塞在第二端部位置中的位置。此外，电气阀已经闭合，通过该电气阀可以将第二压力介质引入第二压力腔中，并且在活塞到达第一端部位置之前，优选在330°-359°，进一步优选在345°-355°时，电气阀已经打开，通过该电气阀可以将第二压力介质从第二压力腔中引出。

优选地，活塞(紧接在打开和闭合电气阀的上述方式之后)由于整个曲轴传动机构(活塞是该曲轴传动机构的一部分)的惯性而运动到第一端部位置(360°曲轴旋转角度)。当活塞然后位于第一端部位置中时，与电气阀在360°时打开或闭合的情况相比，较高的压力直接作用到活塞上，所述压力将该活塞挤压回到其第二端部位置中。

与上面示例性描述的针对第一端部位置的正时相应地，优选也匹配用于第二端部位置的正时。对于第二端部位置相应地得到用于打开或闭合电气阀的正时点，该正时点优选为150°-179°，进一步优选为165°-175°。当活塞从第一端部位置运动到第二端部位置中时，该正时点处在活塞的第二端部位置之前。在该正时点，电气阀(第二压力介质可通过该电气阀引入第二压力腔中)和电气阀(第一压力介质可通过该电气阀从第一压力腔中引出)打开。此外，电气阀(通过该电气阀可将第二压力介质从第二压力腔中引出)和电气阀(通过该电气阀可将第一压力介质引入第一压力腔中)被闭合。

优选地，通过车辆的电源向控制装置供电。在具有多个缸往复式装置的情况下，控制装置可以与多个缸往复式装置中的每一个控制连通，使得它可以彼此独立地打开和闭合多个缸往复式装置的电气阀中的每一个。以这种方式能够实现压缩空气发动机的非常宽的使用范围和大的灵活性。

根据控制装置的另一示例性的实施方案，可以可变地调控正时，使得电气阀的打开和闭合的时间点彼此不同，以实现在最佳功率输出情况下的最低消耗。尤其是，正时在运行期间能够可变地改变或调控。

因此，例如相对于第一端部位置并且在活塞从第二端部位置运动到第一端部位置中时，电气阀(压力介质可通过该电气阀引入第一压力腔中)在330°-359°的曲轴旋转角度处、进一步优选在345°-355°的曲轴旋转角度处打开，并且电气阀(压力介质可通过该电气阀从第一压力腔中引出)之后以在0.11°到10°、优选1°到7°的曲轴旋转角度范围中的曲轴旋转角度错开地闭合。例如，因此可以在355°的曲轴旋转角度时打开电气阀(通过该电气阀可以将压力介质引入第一压力腔中)，并且可以在此后例如以1°的曲轴旋转角度错开地、即在356°的曲轴旋转角度时闭合电气阀(通过该电气阀可以将压力介质从第一压力腔中引出)。

同样的原理当然相应地相对于第二压力腔的电气阀相对于第二端部位置的情况适用。

利用控制装置，缸往复式装置可以以单冲程运行或多冲程运行来运行。

在单冲程运行中，活塞在第一端部位置和第二端部位置之间的每次运动中都被加载压力。换句话说，总是交替地将压力介质引入第一压力腔，以便将活塞朝第二端部位置的方向挤压，并且将压力介质引入第二压力腔中，以便将活塞从第二端部位置挤压回到第一端部位置中。

相反，在多冲程运行中，活塞不是在每个冲程中都被加载压力。例如，在缸往复式装置的情况下，电气阀可以始终打开，第二压力介质经由该电气阀从第二压力腔中引出，从而在第二压力腔中存在环境压力。相应地，也没有压力介质被引入第二压力腔。例如，每当活塞位于(或靠近)第一端部位置时，压力介质被引入第一压力腔。压力介质到第一压力腔中的引入因此利用活塞的每第二往复运动实现。相应地，这个示例是多冲程运行，即缸往复式装置的时间冲程运行。

根据权利要求13所述的示例性的设计方案，曲轴的旋转方向可借助控制装置反转。

优选地，控制装置在车辆停止状态时识别出曲轴位于哪个位置(曲轴旋转角度)。可选地，控制装置可以这样控制电气阀，使得或者首先将压力介质引入第一压力腔中，或者首先将压力介质引入第二压力腔中。根据所选择的压力腔，活塞可以从停止状态位置起向上或向下运动。根据活塞是向上运动还是向下运动，曲轴顺时针或逆时针旋转。这相应于车辆的向前行驶或向后行驶。

根据权利要求14所述的示例性的设计方案，这些缸往复式装置中的至少两个具有与这些往复式装置的活塞中的每一个连接的共用的活塞杆。

根据该实施方式，多个缸往复式装置彼此串联连接。换句话说，至少两个缸往复式装置的活塞与同一活塞杆连接，使得活塞同步地上下运动。至少两个缸往复式装置的行程高度相应地相同。然而，排量例如可通过至少两个缸往复式装置的相应的活塞的不同外直径来区分。相应地，例如，所述至少两个缸往复式装置的活塞共同将活塞杆向下或向上挤压。活塞杆与曲轴连接。

至少两个缸往复式装置可以是相同的，或者例如在活塞的有效横截面积方面不同。所述至少两个缸往复式装置可相对于曲轴和活塞杆的连接而分别布置在同一侧和相对而置的侧。由此，压缩空气发动机能够灵活地匹配于相应的空间上的前提条件

根据权利要求16所述的示例性的设计方案，压缩空气发动机具有至少两个所述缸往复式装置，所述缸往复式装置分别具有一个活塞杆。各一个活塞杆与同一曲轴连接。因此，根据该实施方式，多个缸往复式装置彼此并联连接。

与上述缸往复式装置的串联连接不同，其中行程高度总是相同的，在并联连接的缸往复式装置中，行程高度可以不同。较大的行程高度例如可以通过将与相应的活塞杆连接的共同的曲轴的曲轴臂构造得较长，并且因此活塞杆和曲轴臂之间的连接沿径向比在短的曲轴臂的情况下进一步远离曲轴的旋转轴线来实现。在曲轴转动半圈时，较长的曲轴臂相应地导致活塞杆的较大的冲程。通过这种方式，通过曲轴和不同的曲轴臂，可以实现缸往复式装置的不同冲程。

例如，压缩空气发动机可以构造为星形发动机、水平对置发动机、对置式活塞发动机、V型发动机等的结构形式。在星形发动机中，多个缸往复式装置例如绕曲轴径向地布置。

根据权利要求17所述的示例性的设计方案，至少两个缸往复式装置、和/或活塞杆和/或与活塞杆连接的曲轴的曲轴臂被不同地构造。因此，至少两个缸往复式装置可以设置有不同的排量和/或行程高度。

例如，对于串联连接的缸往复式装置，有效横截面积(特别是活塞外直径)可以不同。

在并联连接的缸往复式装置中，例如，行程高度可以因共同的曲轴的曲轴臂的长度不同而不同，在曲轴的端部活塞杆与该曲轴连接。

根据该实施方式，可以如此灵活地设计和彼此协调压缩空气发动机的缸往复式装置，使得可以提供根据各自应用情况最佳地适配的压缩空气发动机。不同的缸往复式装置可以是不同的并且可以彼此独立地关断。

根据权利要求18所述的示例性的设计方案，至少两个所述缸往复式装置的每个第一和第二压力腔的第一和/或第二压力介质的压力可以彼此独立地调控。尤其是，至少两个所述缸往复式装置可彼此独立地关断。此外，它们优选也可以填充不同的介质和/或不同的压力。

例如，每个压力腔的压力可以借助压力调节器来调控，该压力调节器位于第一或第二压力腔和压力储罐之间。例如在这种实施方案中，可以选择性地使缸往复式装置在多冲程运行中仅使用第一压力介质运行，或者仅使用第二压力介质运行。此外，缸往复式装置可以选择性地关断。“关断”意味着例如相应的缸往复式装置的电气阀保持封闭，并且没有压力介质引入缸往复式装置。

根据权利要求19所述的示例性的设计方案，至少两个所述缸往复式装置的第一压力介质至少部分地彼此不同。例如，缸往复式装置可以与不同的压力储罐连接或与压力储罐的不同区域连接。附加地或替代地，至少两个所述缸往复式装置的第二压力介质至少部分地彼此不同。

这种实施方式提供了所使用的压力介质的高灵活性，所述压力介质可以根据可用性和需求或使用目的来更换。

根据权利要求20所述的示例性的设计方案，控制装置控制多个缸往复式装置的多个电气阀，使得至少两个所述缸往复式装置以不同的冲程来工作和/或在第一和第二端部位置中以第一和第二压力腔之间的不同压力差来工作，和/或可彼此独立地关断。

根据权利要求21所述的示例性的设计方案，控制装置根据负荷情况来确定多个电气阀的正时。负荷情况例如也产生负荷要求(加速踏板)、压力和转速。

正时是这样的时间点，在该时间点上，所述阀封闭件释放所述电气阀的阀流动通道，以便将第一或第二压力介质引入第一或第二压力腔中，或者将第一或第二压力介质从中引出。正时的匹配允许根据相应的负荷特性来提高发动机的效率。这种提高可以体现为功率和转矩的增加以及燃料的节省。

根据权利要求22所述的示例性的设计方案，活塞杆被线性地引导且然后经由连杆与曲轴相连接。根据该实施方式确保了，压力室可以向外可靠地得到密封。通过活塞杆的纯线性的上下运动实现可靠的密封。可以优选地使用实现活塞杆的线性上下运动的任何可能的往复运动。

根据权利要求25所述的示例性的设计方案，在根据本公开文本所记载的车辆中，至少一个压力储罐用作车辆车身和/或底盘的承载件。至少一个压力储罐可以由承载车身构件和/或由在中心延伸的梁整体地形成。

通过车辆的这种设计方案可以实现非常紧凑且刚性的结构形式。压力储罐一方面用于存储压力介质并且同时也用作车辆车身的承载件。替代地，压力储罐也可以通过车身构件整体地形成。为此，例如可以在车辆的纵向方向上在中央布置大的压力储罐。替代地或附加地，例如也可以布置多个较小的压力储罐。

此外，一个或多个压力储罐可以例如携带在拖车或类似物中。

车辆可使用多个压缩空气发动机。多个压缩空气发动机可以布置在车辆中的不同部位处。也可以在一个共同的壳体中布置多个压缩空气发动机。

根据权利要求30所述的示例性的设计方案，车辆具有空转装置。利用空转装置可以中断在压缩空气发动机与驱动轮之间的力流，从而压缩空气发动机在车辆行驶期间可以关断。

所述空转装置可以如此构成，使得其不仅在车辆前进运动时而且在车辆后退运动时都能接入并且相应地不仅在车辆前进行驶时而且在车辆后退行驶时都允许关断压缩空气发动机。空转装置可以附加地配备有多个也可选地可切换的增速和降速部分。

附图说明

下面借助附图阐述本发明的示例性的实施方式。

图1示出了根据第一实施方式的缸往复式装置的示意性结构，其具有处于中间位置的活塞。

图2以放大的示意图示出了在图1中标记的区域A。

图3示出了根据另一实施方式的缸往复式装置的示意性结构，其包括位于第一端部位置的活塞、处于闭合位置的电气阀和与活塞连接的活塞杆，以用于示出第一死区容积和第二死区容积。

图4示出了根据第一实施方式的压缩空气发动机的示意性结构，其中，活塞位于第二端部位置中。

图5示出了图4中所示的压缩空气发动机，其中，活塞位于第一端部位置中。

图6以示意图示出了压缩空气发动机的不同的示例性的实施方式。

图7以示意图示出根据第一实施方式的车辆。

具体实施形式

图1示出了根据第一实施方式的缸往复式装置，其具有处于中间位置的活塞。缸往复式装置1具有带有旋转轴线R的空心缸体5。空心缸体5向上和向下被封闭。空心缸体5的空心缸体内壁10构成压力室20。外周面25沿径向方向限定压力室20。顶壁30沿轴向方向向上限定压力室20。底壁40沿轴向方向向下限定压力室20。活塞15位于压力室20中。活塞15在图1中大致位于顶壁30和底壁40之间的中心。活塞15将压力室20分成位于活塞15和顶壁30之间的第一压力腔55和位于活塞15和底壁40之间的第二压力腔60。活塞15可运动地布置在压力室20中。因此，第一压力腔或第二压力腔的容积根据活塞15的位置而改变。

两个第一压力腔开口35位于空心缸体5的顶壁30中。所示的两个第一压力腔开口35中左边那个第一压力腔开口是入口第一压力腔开口36，通过它可以将压力介质引入第一压力腔55中。两个所示第一压力腔开口35的右边的那个第一压力腔开口是出口第一压力腔开口37，通过所述出口第一压力腔开口能够将压力介质从第一压力腔中引出或喷出。

两个第二压力腔开口45位于空心缸体5的底壁40中。所示两个第二压力腔开口45中左边那个第二压力腔开口是入口第二压力腔开口46，经由该入口第二压力腔开口可以将压力介质引入第二压力腔60中。两个所示第二压力腔开口45中的右边那个第二压力腔开口是出口第二压力腔开口47，经由该出口第二压力腔开口可以将压力介质从第二压力腔60中引出或喷出。

此外，活塞杆开口50位于底壁40中。通过活塞杆开口50，活塞杆能够从外部被引导到压力室20中。电气阀65位于入口第一压力腔开口36、出口第一压力腔开口37、入口第二压力腔开口46和出口第二压力腔开口47中的每一个中。电气阀65分别简化示出。

图2以放大的示意图示出了在图1中标记的区域A。入口第一压力腔开口36和出口第一压力腔开口37位于空心缸体5的顶壁30中。

以示意性的方式示出了电气阀65，其插入到入口第一压力腔开口36中。电气阀65流体密封地插入到入口第一压力腔开口36中。电气阀65包括一个阀流动通道66，该阀流动通道可以借助一个阀封闭件67来封闭。入口第一压力腔开口36的阀封闭件67处于打开位置。在阀封闭件67处于打开位置时，流动通道66具有最小流动横截面68。阀的图示和尤其是阀封闭件67的图示可理解为示意性图示，其用于说明电气阀的相关特征。

以示意性的方式示出了电气阀65，其插入到出口第一压力腔开口37中。电气阀65流体密封地插入到出口第一压力腔开口37中。电气阀65包括一个阀流动通道66，该阀流动通道可以借助一个阀封闭件67来封闭。出口第一压力腔开口36的阀封闭件67处于闭合位置。因此，流动通道66被阻塞。

图3示出了根据另一实施方式的缸往复式装置，其包括处于第一端部位置的活塞15、处于闭合位置的电气阀和与活塞连接的活塞杆70，以用于示出第一死区容积和第二死区容积。

图3中示出的状态例如可以相应于车辆的停止状态下的状态。电气阀67全部处于闭合位置。活塞15位于第一端部位置OT中。以虚线同样在第二端部位置UT中示出了活塞15。活塞15在第一端部位置OT和第二端部位置UT之间以行程H进行运动。活塞15具有活塞外直径DK。

可填充压力介质的容积是第一死区容积56，该容积位于入口第一压力腔开口36的位于闭合位置的阀封闭件67和出口第一压力腔开口37的位于闭合位置的阀封闭件67与活塞15之间。

因此，第一死区容积56一方面由第一压力腔55的容积组成，当活塞15处于第一端部位置OT中时，第一死区容积形成，另一方面由可填充压力介质的容积组成，该容积位于入口第一压力腔开口36的处于闭合位置中的阀封闭件67和出口第一压力腔开口37的处于闭合位置中的阀封闭件67与第一压力腔55之间。第一死区容积56在图3中以点示图示出在活塞15上方。

可填充压力介质的容积是第二死区容积57，该容积位于入口第二压力腔开口46的位于闭合位置的阀封闭件67和出口第二压力腔开口47的位于闭合位置的阀封闭件67与活塞15之间。

因此，第二死区容积57一方面由第二压力腔60的容积组成，当活塞15位于第二端部位置UT中时，第二死区容积形成，另一方面由可填充压力介质的容积组成，该容积位于入口第二压力腔开口46的位于闭合位置中的阀封闭件67和出口第二压力腔开口47的位于闭合位置中的阀封闭件67与第二压力腔60之间。第二死区容积57在图3中以点示图示出在活塞15之下。

图4示出了根据第一实施方式的压缩空气发动机，其中，活塞位于第二端部位置UT中。压缩空气发动机包括缸往复式装置，活塞杆70与缸往复式装置1的活塞15连接。活塞杆70分别通过一个连杆71与2个曲轴75连接。在图4中示出的曲轴传动机构是所谓的双曲轴传动机构。活塞杆70延伸穿过缸往复式装置的活塞杆开口50。活塞杆开口50通过密封件79相对于活塞杆70得到密封。

在图4中，箭头表示压力介质流入第一压力腔以及流出第二压力腔的流动方向。在图4中所示的状态对应于这样的状态，在该状态下压力介质通过入口第一压力腔开口36引入第一压力腔55，同时，来自第二压力腔60的压力介质从出口第二压力腔开口47引出。

在图4中示出的状态相应于电气阀的一个示例性的控制状态，在该控制状态下电气阀被准确地切换到第一端部位置或第二端部位置。因此，正时相应于0°/180°/360°的曲轴角度位置。

出口第一压力腔开口37以及入口第二压力腔开口46分别通过具有位于闭合位置的阀封闭件67的电气阀65来封闭。活塞通过第一压力腔55或第二压力腔60中的压力介质的这种流动运动到其第二端部位置UT中。在图4中示出的活塞15相应地直到达到第二端部位置UT中。这种状态之后是阀从“开”到“关”或者说从“关”到“开”的切换。

图5示出了一种状态，在该状态下活塞15处于第一端部位置OT中。在图5中，用箭头表示压力介质流入到第一压力腔以及流出第二压力腔的流动方向。图5所示的状态对应于这样的状态，在该状态下压力介质通过入口第二压力腔开口46引入第二压力腔60中，并且同时，来自第一压力腔60的压力介质从出口第一压力腔开口37引出。

入口第一压力腔开口36和出口第二压力腔开口47分别通过具有处于闭合位置的阀封闭件67的电气阀65来封闭。

活塞15通过第一压力腔55或第二压力腔60中的压力介质的这种流动运动到其第一端部位置OT中。在图5中示出的活塞已经位于第一端部位置OT中。

图6以示意图示出了压缩空气发动机的不同实施方式。

I示出了具有两个缸往复式装置的压缩空气发动机。首先，两个缸往复式装置1通过共同的活塞杆70与两个曲轴75连接。两个缸往复式装置1位于曲轴75的相反侧上。两个缸往复式装置1是相同大小的。

II示出了具有三个缸往复式装置的压缩空气发动机。首先，三个缸往复式装置1通过共同的活塞杆70与两个曲轴75连接。两个缸往复式装置1位于曲轴75上方，而另一个缸往复式装置1位于曲轴75下方。这三个缸往复式装置1的大小不同，但是具有相同的行程。

III示出了具有十个缸往复式装置的压缩空气发动机，首先，压缩空气发动机具有两个并排的曲轴75(相应于I和II中的实施方案)。

总共十个缸往复式装置1中的四个缸往复式装置经由共同的第一活塞杆70与曲轴75连接。十个缸往复式装置1中的另外四个经由共同的第二活塞杆70与曲轴75连接。十个缸往复式装置1中的另外两个经由共同的第三活塞杆70与曲轴75连接。与第三活塞杆70连接的两个缸往复式装置1具有比其余八个缸往复式装置大的行程高度。通过将连接各个活塞杆的曲轴的曲轴臂构造得较长，并且因此活塞杆和曲轴臂之间的连接相比于在较短的曲轴臂的情况下沿径向进一步远离曲轴的旋转轴线，可以实现较大的行程高度。在曲轴转动半圈时，较长的曲轴臂相应地导致活塞杆的较大的行程。以这种方式，可以通过曲轴和不同的曲轴臂实现缸往复式装置的不同运转。

图7以示意图示出根据第一实施方式的车辆。图7示出了具有四个驱动轮106的车辆150，四个驱动轮中的每一个都通过自身的压缩空气发动机100驱动。相应的四个压缩空气发动机100安装在压力储罐105上。压力储罐105在车辆150的纵向方向上中央延伸。

应明确强调的是，在说明书和/或权利要求中公开的所有特征应被认为是分开的和彼此独立的，以便于原始公开的目的以及限定所要求保护的发明的目的，而与实施方式和/或权利要求中的特征组合无关。明确确定的是，为了原始公开的目的以及为了限定所要求保护的发明的目的，所有范围数据或单元组的数据公开了每个可能的中间值或单元的子组，尤其是也作为范围数据的边界。

附图标记列表

1 缸往复式装置

5 空心缸体

10 空心缸体内壁

15 活塞

20 压力室

25 外周面

30 顶壁

35 第一压力腔开口

36 入口第一压力腔开口

37 出口第一压力腔开口

40 底壁

45 第二压力腔开口

46 入口第二压力腔开口

47 出口第二压力腔开口

50 活塞杆开口

51 压力传感器

52 温度传感器

55 第一压力腔

56 第一死区容积

57 第二死区容积

60 第二压力腔

65 电气阀

66 阀流动通道

67 阀封闭件

68 最小流动横截面

70 活塞杆

100 压缩空气发动机

105 压力储罐

106 驱动轮

OT 第一端部位置

UT 第二端部位置

H 活塞行程

D_K 活塞外直径

Claims (30)

1.一种用于压缩空气发动机(100)的缸往复式装置(1)，具有：

具有空心缸体内壁(10)的向上和向下封闭的空心缸体(5)，

活塞(15)，

多个电气阀(65)，所述电气阀分别被构造成借助阀封闭件(67)来封闭阀流动通道(66)，

其中，

所述空心缸体内壁(10)构成压力室(20)并且具有：

-外周面(25)，所述外周面沿径向方向限定压力室(20)，

-顶壁(30)，所述顶壁沿轴向方向向上限定压力室(20)，

-底壁(40)，所述底壁沿轴向方向向下限定压力室(20)，和

-在所述底壁和/或顶壁(30、40)中的活塞杆开口(50)，所述活塞杆开口被构造成使得活塞杆(70)能够从外部穿过所述活塞杆开口被引导到压力室(20)中，

所述活塞(15)在所述压力室(20)中的布置使得所述活塞将所述压力室(20)分成在所述活塞(15)与所述顶壁(30)之间的第一压力腔(55)和在所述活塞(15)与所述底壁(40)之间的第二压力腔(60)，

所述活塞(15)在所述压力室(20)中沿轴向方向能够压力密封地在第一端部位置(OT)和第二端部位置(UT)之间移动，在所述第一端部位置中所述活塞(15)与所述顶壁(30)接近或贴靠，在所述第二端部位置中所述活塞(15)与所述底壁(40)接近或贴靠，并且

所述空心缸体内壁(10)此外具有：

-至少一个第一压力腔开口(35)，经由所述第一压力腔开口第一压力介质能够分别通过多个电气阀(65)之一的阀流动通道(66)被引入和/或引出到第一压力腔(55)中，和

-至少一个第二压力腔开口(45)，经由所述第二压力腔开口第二压力介质能够分别通过多个电气阀(65)之一的阀流动通道(66)被引入和/或引出到第二压力腔(60)中。

2.根据权利要求1所述的缸往复式装置(1)，其中，所述缸往复式装置(1)在第一端部位置(OT)与第二端部位置(UT)之间具有活塞行程(H)，并且所述活塞(15)具有活塞外直径(D_K)，并且

所述活塞行程(H)小于所述活塞外直径(D_K)。

3.根据权利要求1或2所述的缸往复式装置(1)，其中，所述缸往复式装置(1)具有第一排量和第二排量，所述第一排量由活塞行程(H)和活塞(15)相对于所述第一压力腔(55)的有效横截面积得出，所述第二排量由活塞行程(H)和活塞(15)相对于所述第二压力腔(60)的有效横截面积得出，并且

所述多个电气阀(65)的阀流动通道(66)能借助所述阀封闭件(67)封闭，使得在活塞(15)位于所述第一端部位置(OT)中时构成第一死区容积(56)，所述第一死区容积小于所述第一排量的30％、优选小于15％、进一步优选小于5％、进一步优选小于2.5％、进一步优选小于1％，

在活塞(15)位于第二端部位置(UT)中时构成第二死区容积(57)，所述第二死区容积小于所述第二排量的30％、优选小于15％、进一步优选小于5％、进一步优选小于2.5％、进一步优选小于1％，其中，

所述第一死区容积(56)通过在活塞(15)位于第一端部位置(OT)中时所述第一压力腔(55)的容积和可填充第一压力介质的容积来构成，所述可填充第一压力介质的容积在处于闭合状态下的所述至少一个电气阀(65)的阀封闭件(67)和所述第一压力腔(55)之间构成，通过所述至少一个电气阀能将第一压力介质引入和/或引出到所述第一压力腔中，并且

所述第二死区容积(57)通过在活塞(15)位于第二端部位置(UT)中时所述第二压力腔(60)的容积和可填充第二压力介质的容积来构成，所述可填充第二压力介质的容积在处于闭合状态下的所述至少一个电气阀(65)的阀封闭件(67)和所述第二压力腔(55)之间构成，通过所述至少一个电气阀能将第二压力介质引入和/或引出到所述第二压力腔中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的缸往复式装置(1)，其中，所述至少一个第一压力腔开口(35)布置在所述顶壁(30)中，并且

所述至少一个第二压力腔开口(45)布置在所述底壁(40)中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的缸往复式装置(1)，具有

一个或多个入口第一压力腔开口(36)，经由所述入口第一压力腔开口，所述第一压力介质能够分别通过所述多个电气阀(65)之一的阀流动通道(66)被引入第一压力腔(20)中，以及一个或多个出口第一压力腔开口(37)，经由所述出口第一压力腔开口，所述第一压力介质能够分别通过所述多个电气阀(65)之一的阀流动通道(66)从所述第一压力腔(55)引出，和/或

一个或多个入口第二压力腔开口(46)，经由所述入口第二压力腔开口，所述第二压力介质能够分别通过所述多个电气阀(65)之一的阀流动通道(66)被引入第二压力腔(60)中，以及一个或多个出口第二压力腔开口(47)，经由所述出口第二压力腔开口，所述第二压力介质能够分别通过所述多个电气阀(65)之一的阀流动通道(66)从第二压力腔(60)引出，

其中，为所述多个压力腔开口中的每个压力腔开口设置一个自身的电气阀，通过所述自身的电气阀来引入或引出第一或第二压力介质。

6.根据权利要求5所述的缸往复式装置(1)，其中，所述多个电气阀(65)的阀流动通道(66)在打开状态下具有最小流动横截面(68)，

用于将第一压力介质引入到所述第一压力腔中的至少一个电气阀(65)的最小流动横截面(68)的总和大于活塞(15)相对于第一压力腔(55)的有效横截面积的10％、优选大于20％，和/或

用于将第一压力介质从所述第一压力腔引出的至少一个电气阀(65)的最小流动横截面(68)的总和大于活塞(15)相对于第一压力腔(55)的有效横截面积的10％、优选大于20％，和/或

用于将第二压力介质引入到所述第二压力腔中的至少一个电气阀(65)的最小流动横截面(68)的总和大于活塞(15)相对于第二压力腔(55)的有效横截面积的10％、优选大于20％，和/或

用于将第二压力介质从所述第二压力腔引出的至少一个电气阀(65)的最小流动横截面(68)的总和大于活塞(15)相对于第二压力腔(55)的有效横截面积的10％、优选大于20％。

7.根据权利要求5或6所述的缸往复式装置(1)，其中，所述用于将第一压力介质引入到所述第一压力腔中的至少一个电气阀(65)的最小流动横截面(68)的总和小于所述用于将第一压力介质从所述第一压力腔引出的至少一个电气阀(65)的最小流动横截面的总和，和/或

所述用于将第二压力介质引入到所述第二压力腔中的至少一个电气阀(65)的最小流动横截面(68)的总和小于所述用于将第二压力介质从所述第二压力腔引出的至少一个电气阀(65)的最小流动横截面的总和。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的缸往复式装置(1)，具有：

至少两个入口第一压力腔开口(36)和至少两个出口第一压力腔开口(37)，和/或

至少两个入口第二压力腔开口(46)和至少两个出口第二压力腔开口(47)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的缸往复式装置(1)，其中

设置有用于测量在第一压力腔(55)和/或第二压力腔(60)中的压力的压力传感器(51)，和/或

设置有用于测量在第一压力腔(55)和/或在第二压力腔(60)中的温度的温度传感器(52)，其中优选地，顶壁(30)和/或底壁(40)具有凹部，在所述凹部中能够容纳所述压力传感器和/或温度传感器。

10.一种压缩空气发动机(100)，具有：

根据权利要求1至9中任一项所述的缸往复式装置(1)，

活塞杆(70)，和

曲轴(75)，其中

所述活塞杆(70)能够与所述缸往复式装置(1)的活塞(15)连接，并且能够通过至少一个活塞杆开口(50)从所述活塞(15)可运动地向外延伸，并且

所述曲轴(75)能够与所述活塞杆(70)耦合使得所述活塞杆(70)的往复运动被转换成所述曲轴(75)的旋转运动。

11.根据权利要求10所述的压缩空气发动机(100)，还具有：

压力调节器，利用所述压力调节器能够调控引入所述电气阀(65)的第一和/或第二压力介质的压力，或者

压力调节器，利用所述压力调节器能够调控对于第一和第二压力腔(55、60)的、引入电气阀(65)的第一和/或第二压力介质的压力。

12.根据权利要求10或11所述的压缩空气发动机(100)，还具有：

旋转角度传感器，其用于检测所述曲轴(75)的旋转位置，所述旋转角度传感器能够根据所述曲轴(75)的旋转角度来控制所述多个电气阀(65)，和

控制装置，利用所述控制装置能够控制所述缸往复式装置(1)的多个电气阀(65)，以便所述缸往复式装置(1)能够根据需要选择性地在：

-单冲程运行，其中活塞(15)在端部位置之间的每次运动中被加载压力，或者

-多冲程运行，其中活塞(15)在端部位置之间的各个运动中没有被加载压力，

之间切换。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的压缩空气发动机(100)，其中，借助控制装置能够使曲轴(75)的旋转方向反转。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的压缩空气发动机(100)，具有：

至少两个所述缸往复式装置(1)，其具有共同的活塞杆(70)，所述活塞杆与所述往复式装置(1)的每个所述活塞(15)连接。

15.根据权利要求14所述的压缩空气发动机(100)，其中

所述缸往复式装置中的至少两个缸往复式装置(1)相对于所述曲轴(75)和所述共同的活塞杆(70)的连接是不同的和/或相对而置地布置。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的压缩空气发动机(100)，具有：

所述缸往复式装置中的至少两个缸往复式装置(1)，各自具有一根活塞杆(70)，所述活塞杆分别与同一曲轴(75)连接。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的压缩空气发动机(100)，其中

至少两个缸往复式装置(1)，和/或所述活塞杆(70)和/或所述曲轴(75)的曲轴臂被不同地构造，使得所述至少两个缸往复式装置(1)设置有不同的排量和/或行程高度，其中所述活塞杆(70)与所述曲轴臂连接。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的压缩空气发动机(100)，其中

所述缸往复式装置(1)中的至少两个缸往复式装置的每个第一和第二压力腔(55、60)的第一和/或第二压力介质的压力能彼此独立地得到调控，尤其能彼此独立地关断。

19.根据权利要求10至18中任一项所述的压缩空气发动机(100)，其中

所述缸往复式装置(1)中的至少两个缸往复式装置的第一压力介质至少部分地彼此不同，和/或

所述缸往复式装置(1)中的至少两个缸往复式装置的第二压力介质至少部分地彼此不同。

20.根据权利要求10至19中任一项所述的压缩空气发动机(100)，其中：

所述控制装置控制多个缸往复式装置(1)的多个电气阀(65)，使得所述缸往复式装置(1)中的至少两个以不同的冲程工作和/或在所述第一和第二端部位置中以在所述第一和第二压力腔(55、60)之间不同的压差工作和/或能够彼此独立地关断。

21.根据权利要求10至20中任一项所述的压缩空气发动机(100)，其中

所述控制装置根据负荷情况确定所述多个电气阀(65)的正时。

22.根据权利要求10至21中任一项所述的压缩空气发动机(1)，其中，所述曲轴(75)通过连杆与所述活塞杆(70)连接，使得所述活塞杆(70)被线性引导。

23.根据权利要求10至21中任一项所述的压缩空气发动机(1)，还具有：

第二曲轴(75)，其与第一曲轴(75)构造成双曲轴传动机构，其中，

第一曲轴(75)和第二曲轴(75)以相同的转速反向地旋转，并且

所述活塞杆(70)通过连杆(80)与所述曲轴(75)中的每个曲轴连接，使得所述活塞杆(70)被线性引导，并且所述活塞(15)在所述双曲轴传动机构旋转360度的曲轴角度时从所述第一端部位置运动到所述第二端部位置中并且又运动回到所述第一端部位置中。

24.一种车辆(150)，具有：

至少一个根据权利要求10至23中任一项所述的压缩空气发动机(100)，

至少一个被构造用于存储至少一种压力介质的压力储罐(105)。

25.根据权利要求24所述的车辆(150)，其中，所述至少一个压力储罐(105)用作所述车辆车身的和/或底盘的承载件，和/或所述至少一个压力储罐(105)由承载式车身构件整体地形成。

26.根据权利要求24或25所述的车辆(150)，其中，所述第一和第二压力介质是压缩空气，或者第一压力介质与第二压力介质不同，并且针对第一压力介质和第二压力介质设置有不同的压力储罐(105)。

27.根据权利要求24至26中任一项所述的车辆(150)，其具有一个或多个驱动轮(106)，并且针对每个驱动轮(106)分别具有至少一个压缩空气发动机(100)。

28.根据权利要求27所述的车辆(150)，其中，相应一个压缩空气发动机(100)安装在所述至少一个压力储罐(105)上。

29.根据权利要求27所述的车辆(150)，其中，相应一个压缩空气发动机(100)安装在所述多个驱动轮(106)的轮毂的区域中。

30.根据权利要求24至29中任一项所述的车辆(150)，所述车辆具有空转装置，借助所述空转装置能够中断在压缩空气发动机(100)与驱动轮(106)之间的力流，从而使得所述压缩空气发动机(100)在所述车辆(150)行驶期间能够关断。