EP4522847B1

EP4522847B1 - Druckluftmotor mit integrierter aktiver kammer und mit aktiver verteilung und mit ausgeglichenem auslassventil zur zylinderabschaltung

Info

Publication number: EP4522847B1
Application number: EP23728267.8A
Authority: EP
Inventors: Cyril Negre
Original assignee: MDI Motor Development International SA
Current assignee: MDI Motor Development International SA
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2023-05-09
Publication date: 2026-04-15
Anticipated expiration: 2043-05-09
Also published as: FR3135486A1; WO2023217413A1; EP4522847A1

Claims

Aktivkammermotor, der nach einem thermodynamischen Dreiphasenzyklus arbeitet, mit:
- eine isobare und isotherme Übertragungsphase;

- eine polytrope Entspannungsphase mit Arbeit;

- eine Auslassphase bei Umgebungsdruck;

wobei dieser Motor umfasst:
- mindestens einen Zylinder (1), der mit einem unter Druck stehenden Gas, vorzugsweise mit Druckluft, gespeist wird, das in einem Hochdruckspeicher (12) enthalten ist,

- mindestens einen Kolben (2), der in diesem Zylinder (1) verschiebbar gelagert ist,

- eine Kurbelwelle (5), die vom Kolben mittels einer herkömmlichen Kurbel-Pleuel-Vorrichtung (3, 4) angetrieben wird,

- einen Zylinderkopf (6), der an seinem oberen Teil das vom Kolben (2) durchströmte Volumen des Zylinders (1) verschließt und mindestens einen Einlasskanal aufweist, in den ein Druckgasstrom zum Befüllen des Zylinders strömt, eine Einlassöffnung (7) für das unter Druck stehende Gas oberhalb des Kolbens und mindestens eine Auslassöffnung und einen Auslasskanal (8), der mit der Atmosphäre verbunden ist und in den ein unter Druck stehender Gasstrom zum Entleeren des Zylinders (1) strömt, wobei der Zylinderkopf so angeordnet ist, dass, wenn sich der Kolben (2) in seinem oberen Totpunkt befindet, das Restvolumen zwischen dem Kolben (2) und dem Zylinderkopf (6) konstruktionsbedingt auf das Mindestmaß reduziert ist, das einen berührungsfreien Betrieb zwischen dem Kolben (2) und dem Zylinderkopf (6) ermöglicht,

- mindestens ein Einlassventil, das dichtend mit einem im Zylinderkopf (6) ausgebildeten Einlassventilsitz zusammenwirkt und die Einlassöffnung begrenzt,

- mindestens ein Auslassventil (9), das dichtend mit einem im Zylinderkopf (6) ausgebildeten Auslassventilsitz (20) zusammenwirkt und die Auslassöffnung (7) begrenzt,

wobei in diesem Motor:
-- das vom Kolben (2) durchströmte Volumen des Zylinders (1) in zwei getrennte Teile unterteilt ist, von denen ein erster Teil eine aktive Kammer (CA) bildet, die im Zylinder (1) enthalten ist, und ein zweiter Teil eine Entspannungskammer (CD) bildet,

-- unter dem kontinuierlichen Druck des in den Zylinder (1) eingeleiteten Druckgases bei konstantem Arbeitsdruck das Volumen der aktiven Kammer (CA) zunimmt und dabei eine Arbeit erzeugt, die der isobaren und isothermen Übertragungsphase des thermodynamischen Arbeitszyklus entspricht,

-- Der Einlass des unter Druck stehenden Gases in den Zylinder (1) wird verschlossen, sobald das maximale Volumen der aktiven Kammer (CA) erreicht ist ( ). die in der aktiven Kammer (CA) enthaltene Druckgasmenge entspannt sich dann und drückt den Kolben (2) auf den zweiten Teil seines Hubs, der die Entspannungskammer (CD) bestimmt, wodurch eine Arbeit erzeugt wird, die der poly tropischen Entspannungsphase des thermodynamischen Arbeitszyklus entspricht,

-- hat der Kolben (2) seinen unteren Totpunkt erreicht, wird die Auslassöffnung geöffnet, um die Auslassphase (7) des thermodynamischen Arbeitszyklus während des gesamten Hubs des Kolbens bis zu seinem oberen Totpunkt durchzuführen,

-- Das Drehmoment und die Drehzahl des Motors werden durch das Öffnen und Schließen des Einlassventils gesteuert, indem das Einlassventil im Wesentlichen am oberen Totpunkt des Kolbenhubs geöffnet wird und durch das Schließen des Ventils die Dauer und/oder den Winkelbereich des Einlasses sowie den Durchlassquerschnitt der Einlassöffnung zu verändern, um in Abhängigkeit vom Druck des im Speicherbehälter (12) enthaltenen komprimierten Gases und vom Druck am Ende der Entspannungsphase die Menge des eingeleiteten Druckgases sowie das Volumen der aktiven Kammer (CA) zu bestimmen,

dadurch gekennzeichnet, dass:
- a) das Auslassventil (9) axial beweglich zwischen einer unteren Schließstellung, in der es dicht auf seinem Auslassventilsitz (20) aufliegt, und einer oberen Öffnungsstellung angebracht ist,

- b) sich das Auslassventil (9) in Öffnungsrichtung axial in der Richtung bewegt, die der Strömungsrichtung des unter Druck stehenden Gases aus dem Zylinder (1) entspricht,

- c) in seiner Schließstellung wird das Einlassventil durch eine Feder (13) auf seinem Auslassventilsitz (20) geschlossen gehalten,

- d) die auf das Auslassventil (9) wirkenden Axialkräfte, die sich aus dem im Auslasskanal (8) und im Zylinder (1) herrschenden Druck ergeben, werden ständig ausgeglichen,

- e) der Motor einen pneumatischen Zylinder (V) zur Steuerung des Öffnens des Auslassventils (9) aufweist, der im Wesentlichen am unteren Totpunkt des Hubs des Kolbens (2) ansetzt, um das Auslassventil (9) von seinem Sitz (20) zu lösen, um die Auslassphase (7) des thermodynamischen Arbeitszyklus während des gesamten Hubs des Kolbens bis zu seinem oberen Totpunkt zu realisieren, wobei das Ventil seinen gesamten Öffnungshub gegen die von der Rückstellfeder (13) ausgeübte Kraft durchläuft,

- f) Der Pneumatik Zylinder (V) umfasst einen Zylinder und einen Kolben (P), der mit dem Auslassventil (3) verbunden ist und eine Steuerkammer (100) begrenzt, die mit einer Niederdruckgasquelle (10) verbunden ist.

- g) Der Motor umfasst einen Kanal (X1), der die Niederdruckgasquelle (10) mit der Steuerkammer (100) verbindet, und ein Ventil (A) zum Einlassen von Niederdruckgas in die Steuerkammer (100).

- i) der Motor einen Kanal (X2) zum Schließen des Auslassventils (9) aufweist, der die Steuerkammer (100) mit der Außenluft oder einem Energierückgewinnungssystem (11) verbindet, sowie ein gesteuertes Ventil (B) zum Entleeren der Steuerkammer,

und dass, um den mindestens einen Zylinder während einer Umdrehung der Kurbelwelle vom Durchgang des Kolbens durch den oberen Totpunkt (OT) bis zum nächsten Durchgang des Kolbens durch den oberen Totpunkt (OT) zu deaktivieren:
- das Einlassventil geschlossen gehalten wird, um den Einlass von Druck Gas in den Zylinder (1) während der genannten Umdrehung zu verschließen;

- und gleichzeitig während der Umdrehung das Auslassventil in einem sogenannten Zylinderdeaktivierungszustand offen gehalten wird.
Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten Hälfte der mindestens einen Umdrehung Luft mit atmosphärischem Druck durch den Auslasskanal (8) angesaugt wird, die dann während der zweiten Hälfte der mindestens einen Umdrehung durch den Auslasskanal (8) aus dem Zylinder (1) abgelassen wird.
Motor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zylinder während mehrerer aufeinanderfolgender Umdrehungen der Kurbelwelle deaktiviert ist.
Motor, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei Zylinder (1) umfasst, deren Kolben (5) jeweils mittels einer herkömmlichen Kurbel-Pleuel-Vorrichtung (3, 4) antreibt und jeder Zylinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist, und dadurch gekennzeichnet, dass während der mindestens einen Umdrehung eines der mindestens zwei Zylinder, während der er deaktiviert ist, ein anderer der mindestens zwei Zylinder ein aktiver Zylinder ist, der gemäß dem thermodynamischen Dreiphasenzyklus arbeitet.
Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens drei Zylinder (1) umfasst, deren Kolben (5) jeweils mittels einer herkömmlichen Kurbel-Pleuel-Vorrichtung (3, 4) antreibt, und wobei jeder Zylinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist, und dadurch gekennzeichnet, dass während der mindestens einen Umdrehung eines der mindestens drei Zylinder, während der er deaktiviert ist, die mindestens zwei anderen Zylinder aktive Zylinder sind, die gemäß dem thermodynamischen Dreiphasenzyklus arbeiten.
Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckgasquelle ein Druckminderer (10) ist, dessen Einlass mit dem Hochdruckspeicher (12) oder der Einlassleitung verbunden ist und dessen Auslass mit der Steuerkammer (100) verbunden ist.
Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckminderventil (10) ein Druckminderventil mit variabler Ausgangsdruckregelung ist, um den Wert des Hubs des Auslassventils (9) von seinem Sitz (20) zu variieren.