ES2571627B1 - Motor compuesto - Google Patents

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Abstract

Motor compuesto.#La presente invención se refiere a un motor compuesto que comprende un motor de combustión interna y una primera turbina y que presenta un elevado rendimiento térmico debido a que aprovecha el calor de los gases de escape para calentar parte del aire dispuesto en un depósito auxiliar que se utilizará para la generación de energía eléctrica o la transmisión de energía mecánica a través del eje de salida de una turbina accionada por dicho aire, donde el aire dispuesto en el depósito auxiliar es separado en un ciclo inferior que aprovecha el calor de los gases de escape generados a partir de la mezcla del resto del aire de admisión y el combustible durante un ciclo superior.

Description

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MOTOR COMPUESTO
D E S C R I P C I O N
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un motor compuesto formado por un motor de combustion interna y una turbina de gas que presenta un elevado rendimiento termico y bajas emisiones contaminantes debido a que aprovecha el calor residual de los gases de escape del motor de combustion interna para calentar a presion constante el aire que alimenta a una turbina de gas, que a su vez acciona un generador electrico o transmite la energia al ciguenal del motor de combustion interna.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Actualmente, los motores de combustion interna, tanto los que cuentan con encendido por chispa como los que tienen encendido por compresion, tienen un rendimiento termico bajo, comprendido entre el 35 y 45% generalmente.
Una parte importante de la energia calorifica del combustible se pierde en el sistema de refrigeracion y en los gases de escape.
Esta energia evacuada en los gases de escape es muy relevante y esta a temperaturas del orden de los 1000 °C, especialmente en los motores de combustion interna de gasolina sobrealimentados, con cilindrada baja en relacion a su potencia y funcionando a presiones medias efectivas altas, muy empleados actualmente por su mayor rendimiento.
En este caso, las temperaturas de los gases de escape son tan elevadas que en algunas ocasiones el colector de escape es refrigerado para que la turbina del turbo no trabaje a temperaturas tan elevadas.
La forma util de rebajar la temperatura elevada de los gases de escape es prolongar la carrera de expansion, es decir, que la carrera de expansion sea mayor que la de compresion. Estos motores son conocidos como motores sobre-expandidos (en ingles
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“overexpanded engines”). Existen diferentes soluciones para llevar a cabo esta sobre- expansion, como los ciclos de Atkinson y Miller, donde se lleva a cabo un cierre retardado de la valvula de admision, y los sistemas mecanicos complejos en los que las carreras de expansion y escape son mayores que las carreras de admision y comprension. Otra forma de obtener esta sobre-expansion es instalando una turbina en el colector de escape que recoja parte de su energia y la emplee en accionar un generador electrico a alta velocidad (en ingles “electric turbocompound engines”) o dirigiendo la energia de la turbina hacia el ciguenal mediante un reductor de velocidad (en ingles “mechanical turbocompound engines”).
Los motores sobre-expandidos obtienen una mejora de rendimiento pero siguen evacuando gases de escape a elevadas temperaturas sin aprovechamiento de los mismos. Ademas, en algunos casos de motores turboalimentados, la temperatura de los gases de escape debe ser rebajada antes de entrar a la turbina.
Se conoce la patente US7398650 B2 que divulga un motor de combustion interna que comprende un compresor de desplazamiento positivo conectado al conducto de admision para suministrar aire comprimido al motor, y una turbina conectada al conducto de escape para convertir la energia sobrante de los gases de escape en potencia, donde la turbina se conecta al motor a traves de un mecanismo reductor y donde el compresor y la turbina se encuentran acoplados al motor mediante una polea montada en el ciguenal, una segunda polea montada en el eje de la reductora y una tercera polea montada en el eje del cargador mecanico.
Ademas, la patente US7950231 B2 divulga un motor turbo compuesto de bajas emisiones que comprende una toma de aire y un tubo de escape para los productos de la combustion, ademas de un par de turbocompresores que reciben los productos de la combustion en una relacion en serie y un dispositivo de postratamiento de gases de escape, como un filtro de particulas, para recibir los productos de la combustion de la turbina de aguas abajo. Una turbina de potencia recibe la salida desde el dispositivo de postratamiento de gases de escape y un sistema de recirculacion de gases de escape se encuentra aguas abajo de y expuesto a la salida de la turbina de potencia, pasa selectivamente una porcion seleccionada de la salida a un punto aguas arriba del compresor del turbocompresor Un dispositivo agrega combustible al dispositivo de tratamiento posterior para regenerar el filtro de particulas y la turbina de potencia
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recupera la energia adicional. La turbina de potencia puede ser utilizada para conducir accesorios o la salida principal del motor. El sistema puede anadir selectivamente combustible para el dispositivo de postratamiento de gases de escape para aumentar temporalmente los accesorios de conduction de ene^a para el motor o la adicion a la salida principal de motor.
No obstante, estos sistemas solo aprovechan una pequena parte de la energia de los gases de escape, principalmente su energia cinetica, ya que los gases de escape todavia estan a temperaturas muy elevadas a la salida de la turbina que acciona el generador electrico, y por tanto, no aprovechan apropiadamente la energia calorifica de los gases de escape del motor de combustion interna.
Este problema se manifiesta especialmente en motores de combustion interna segun ciclo Otto sobrealimentados.
La presente invention propone un motor compuesto que incrementa el rendimiento termico y reduce las emisiones contaminantes respecto a los motores conocidos del estado de la tecnica.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
El motor compuesto de la presente invencion comprende un motor de combustion interna y una primera turbina que presenta un elevado rendimiento termico y bajas emisiones contaminantes debido a que aprovecha el calor residual de los gases de escape del motor de combustion interna para calentar a presion constante el aire que alimenta a una turbina, que a su vez acciona un generador electrico o transmite la energia al ciguenal del motor de combustion interna.
El motor de combustion interna puede ser tanto de 2 tiempos como de 4 tiempos, preferentemente de 4 tiempos, con encendido por chispa, o con encendido por compresion, atmosferico o sobrealimentado entre otros, alimentado por combustible liquido, gaseoso o una combination de ambos, que comprende al menos un piston desplazable por el interior de un cilindro, al menos una valvula de admision, una valvula de escape y una valvula de transferencia.
El motor compuesto de la presente invention comprende un motor de combustion interna, donde el aire admitido en el tiempo de admision se comprime en un primer tiempo de compresion hasta una relation de compresion inferior a la relation de compresion maxima del motor de combustion interna, y posteriormente una primera 5 parte de ese aire comprimido, se transfiere, en un tiempo de transferencia, a traves de una valvula de transferencia, a un deposito de almacenamiento de aire comprimido.
Dicha primera parte del aire comprimido transferido al deposito de almacenamiento constituye el fluido de trabajo de un ciclo inferior que recibe el calor a presion
10 constante de los gases de escape de un ciclo superior que se describe a continuation, provenientes del motor de combustion interna y posteriormente se expande en la turbina que acciona el generador electrico o bien transfiere la energia al eje del ciguenal del motor de combustion interna.
15 La parte de aire remanente en el cilindro, o segunda parte de aire, una vez finalizado el tiempo de transferencia al deposito de almacenamiento de aire comprimido se emplea en un ciclo superior que se desarrolla en el motor de combustion interna.
Dicha segunda parte de aire se sigue comprimiendo en el motor de combustion en un
20 segundo tiempo de compresion hasta la relacion de compresion maxima del motor de combustion interna, seguido de un tiempo de expansion, con encendido por chispa o por compresion, donde dicha segunda parte de aire se sobre-expande, y de un tiempo de escape.
25 Los gases de escape del motor de combustion interna del ciclo superior se dirigen a un intercambiador de calor donde ceden calor a una presion constante al aire comprimido del ciclo inferior y finalmente se expanden en la turbina. Por tanto el aire del ciclo inferior sigue un ciclo Brayton o Joule.
30 De esta manera se consigue rebajar la temperatura de los gases de escape del motor de combustion interna y aprovechar su energia para mejorar el rendimiento termico del motor compuesto.
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Ademas, en la sobre-expansion que se produce en el tiempo de expansion del motor de combustion interna, se consigue una combustion mas completa y una mejora del rendimiento termico.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra una vista en esquema del cilindro y piston del motor compuesto de la presente invencion durante el tiempo de admision.
La Figura 2 muestra una vista en esquema del cilindro y el piston del motor compuesto de la presente invention durante el primer tiempo de compresion.
La Figura 3 muestra una vista en esquema del cilindro, el piston y el deposito de aire comprimido del motor compuesto de la presente invencion durante el tiempo de transferencia.
La Figura 4 muestra una vista en esquema del cilindro y el piston del motor compuesto de la presente invencion durante el segundo tiempo de compresion.
La Figura 5 muestra una vista en esquema del cilindro y el piston del motor compuesto de la presente invencion durante el tiempo de expansion.
La Figura 6 muestra una vista en esquema del motor compuesto de la presente invencion durante el tiempo de escape.
La Figura 7 muestra una vista en esquema del motor compuesto de la presente invencion, formado por motor de combustion interna con alimentation atmosferica y turbina para expansion del aire del ciclo inferior equipada con transmision mecanica para la transferencia de energia generada por dicha turbina al eje del ciguenal del motor de combustion interna.
La Figura 8 muestra una vista en esquema del motor compuesto de la presente invencion, formado por un motor de combustion interna con alimentacion atmosferica y turbina para expansion del aire del ciclo inferior que acciona un generador electrico.
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La Figura 9 muestra una vista en esquema del motor compuesto de la presente invention, formado por motor de combustion interna sobrealimentado mediante compresor de desplazamiento positivo y turbina para expansion del aire del ciclo inferior equipada con transmision mecanica para transferencia de la energia generada por dicha turbina al eje del ciguenal del motor de combustion interna.
La Figura 10 muestra una vista en esquema del motor compuesto de la presente invencion, formado por motor de combustion interna sobrealimentado mediante
compresor de desplazamiento positivo y por turbina para expansion del aire del ciclo
inferior equipada con transmision mecanica para transferencia de la energia generada por dicha turbina al eje del ciguenal del motor de combustion interna, equipado con una turbina adicional para expansion de los gases de escape del ciclo superior montada coaxialmente con la turbina para expansion del aire del ciclo inferior.
La Figura 11 muestra una vista en esquema del motor compuesto de la presente invencion formado por motor de combustion interna sobrealimentado mediante
compresor accionado por turbina en la que se expande el aire del ciclo inferior y que esta equipada con transmision mecanica para transferencia de la energia generada por dicha turbina al eje del ciguenal del motor de combustion interna.
La Figura 12 muestra una vista en esquema del motor compuesto de la presente invencion formado por motor de combustion interna sobrealimentado mediante
turbocompresor que es accionado por el aire del ciclo inferior, estando dicho turbocompresor provisto de una valvula de cortocircuito y de un conducto de derivation o bypass que deriva el exceso de energia del aire del ciclo inferior hacia una turbina en la que se expande dicho aire del ciclo inferior, estando dicha turbina equipada con transmision mecanica para transmision de la energia generada al eje del ciguenal del motor de combustion interna.
La Figura 13 muestra una vista en esquema de una parte del motor compuesto de la presente invencion que comprende un compresor auxiliar accionado mecanica o electricamente destinado a alimentar al deposito de aire comprimido del ciclo inferior
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
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A continuation se describen de manera detallada el motor compuesto de la presente invention segun un primer ejemplo de realization mostrado en la figura 7. El motor compuesto que trabaja con un ciclo superior y un ciclo inferior comprende un motor de combustion interna (1) que comprende a su vez un conducto de admision (8) de aire, una valvula de admision (3), una valvula de escape (4), una valvula de transferencia (5), un inyector (6) y una bujia (7) en el caso de motores de encendido por chispa, un eje de ciguenal (22), un conducto de escape (10).
El motor compuesto comprende ademas un deposito de almacenamiento (12) de aire comprimido, un conducto de transferencia (9) de aire desde el cilindro (2) al deposito de almacenamiento (12), una valvula unidireccional (11), una valvula limitadora de seguridad (13), un sensor de presion (14), un intercambiador de calor (32), un conducto de transferencia (15) de aire desde el deposito de almacenamiento (12) al intercambiador de calor (32), una turbina (18) provista de un eje (16), un conducto de alimentation (16) de aire comprimido del ciclo inferior a la turbina (18), un acoplamiento (20) del eje (16) de la turbina (18) a una transmision mecanica reductora (21), una valvula reguladora de caudal (17), un conducto de evacuation (23) de aire del ciclo inferior, un conducto (24) de evacuacion de gases de escape del ciclo superior y una unidad de control electronico (25).
Los tiempos de funcionamiento segun se desplaza un piston (37) en un cilindro (2) del motor de combustion interna del motor compuesto de la presente invencion, segun las figuras 1 a 6 es el siguiente:
I Tiempo de Admision (Figura 1)
El piston (37) se desplaza desde el Punto Muerto Superior (PMS) hasta el Punto Muerto Inferior (PMI) dentro del cilindro (2). La valvula de admision (3) permanece abierta mientras en resto de valvulas, la valvula de escape (4) y la valvula de transferencia (5) permanecen cerradas y el aire entra en el cilindro (2).
Una parte del aire admitido en el cilindro (2) seguira el ciclo superior del motor de combustion interna y otra parte del aire seguira el ciclo inferior Brayton - Joule con calentamiento a presion constante con el calor aportado por los gases de escape del motor de combustion interna.
II-1 Carrera de Compresion - Primer tiempo de compresion (Figura 2)
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La valvula de admision (3) se cierra y el resto de valvulas, la valvula de escape (4) y la valvula de transferencia (5), permanecen cerradas. El piston (37) se desplaza desde el PMI hasta un primer punto de compresion PC1 situado entre el PMI y el PMS cuya situation es variable y su position esta determinada por la unidad de control electronico, UCE (25), hasta un primer nivel de compresion preestablecido.
II-2 Carrera de Compresion - Tiempo de Transferencia (Figura 3)
El piston (37) se desplaza desde el primer punto de comprension PC1 hasta un punto de transferencia PT. En el inicio de esta fase el piston (37) se encuentra en el primer punto de compresion PC1 y entonces se abre la valvula de transferencia (5), cuando la presion en el cilindro es similar a una presion determinada igual a la del deposito de aire comprimido (12). La valvula de transferencia (5) permanece abierta hasta el punto de transferencia PT, produciendose una transferencia a presion aproximadamente constante del aire comprimido en la etapa anterior desde el cilindro (2) hacia el deposito de aire comprimido (12). Cuando el piston (37) llega al punto de transferencia PT se cierra la valvula de transferencia (5). Este aire transferido al deposito de aire comprimido (12) es el que sigue el ciclo inferior.
II-3 Carrera de Compresion - Segundo Tiempo de Compresion (Figura 4)
La valvula de admision (3), la valvula de escape (4) y la valvula de transferencia (5), permanecen cerradas y el piston (37) se desplaza desde el punto de transferencia PT hasta el punto PMS. El aire remanente en el cilindro (2) se sigue comprimiendo hasta la compresion maxima establecida en el ciclo. Este aire remanente es el que sigue el ciclo superior en el motor de combustion interna.
En el caso de encendido por chispa la inyeccion de combustible se produce a lo largo del trayecto desde el piston desde el punto de transferencia PT hasta el punto PMS, en el segundo tiempo de compresion, a traves del inyector (6).
En el caso de encendido por compresion la inyeccion de combustible a traves del inyector (6) se produce al final del segundo tiempo de compresion y comienzo del tiempo de expansion.
III Carrera de Expansion (Figura 5)
En el caso de motor de encendido por chispa, cuando el piston (37) esta
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aproximadamente en el PMS se produce el encendido de la mezcla de aire y combustible mediante el accionamiento de la bujia (7).
En el caso de motores de encendido por compresion, cuando el piston se aproxima al PMS se inicia la inyeccion de combustible a traves del inyector (6).
Las valvulas (3, 4, 5) permanecen cerradas y los gases de combustion se expanden con una relacion de expansion muy superior a la relacion de compresion del Ciclo Superior.
IV Carrera de Escape (Figura 6)
Cuando el piston (37) esta en las proximidades del punto PMI, se abre la valvula de escape (4) y los gases de escape salen del cilindro (2). Esta masa de gases es la que ha seguido el ciclo superior de motor de combustion interna, que al final de la carrera de escape finaliza el ciclo superior y se dirige hacia el intercambiador de calor (32) donde cede calor a presion constante al fluido que sigue el ciclo inferior. Los gases de escape en el instante de apertura de la valvula de escape (4) se encuentran todavia a una temperatura elevada y a presion relativamente baja, ya que se han expandido en el cilindro con una relacion de expansion mucho mayor que la relacion de compresion.
En el intercambiador de calor (32) del ciclo inferior se produce un intercambio de calor preferentemente a contracorriente donde los gases de escape del motor de combustion interna ceden una parte importante de su energia calorifica al aire comprimido procedente del deposito de aire comprimido (12).
El aire comprimido de dicho deposito de aire comprimido (12) ha sido comprimido y transferido desde el cilindro hasta el deposito de aire comprimido (12) a largo del tiempo II-1 (tiempo de primera compresion) y II-3 (tiempo de segunda compresion) descritas anteriormente y es sometido a ciclo termodinamico Brayton -Joule con etapa de calentamiento isobarico en el intercambiador (32) con el calor procedente de los gases de escape del ciclo superior provenientes del motor de combustion interna (1).
Opcionalmente el motor compuesto puede comprender un compresor auxiliar (36) destinado a estabilizar la presion del deposito de aire comprimido (12), segun se observa en la figura 13, pudiendo estar accionado bien mecanicamente desde el
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ciguenal (22) o electricamente.
Por tanto, en el intercambiador (32) se produce un intercambio de calor preferentemente a contracorriente en el que intervienen dos fluidos: por un lado los gases de escape del ciclos superior provenientes del motor de combustion interna (1), y por otro el fluido aire proveniente del deposito de aire comprimido (12), que realiza el ciclo inferior.
Ambos fluidos se mueven en el intercambiador en sentidos opuestos de forma que los gases de escapen ceden progresivamente calor al aire comprimido mientras la presion del aire comprimido permanece sensiblemente constante mediante la apertura o cierre de la valvula reguladora de caudal (17) a la entrada de la turbina (18). La valvula reguladora de caudal puede ser un distribuidor de geometna variable colocado a la entrada de la turbina (18).
Una vez que el aire comprimido sale del intercambiador (32) ya ha absorbido una parte importante del calor de los gases de escape y se dirige hacia la turbina (18). Dicha turbina (18) puede ser una Turbina de Geometna Variable (VGT) o bien estar provista de una valvula reguladora de caudal (17) que controla la admision de aire comprimido hacia la turbina (18).
La unidad de control electronico (25) controla en todo momento la apertura y cierre de la valvula de transferencia (5) y la alimentacion de la turbina (18) mediante la apertura y cierre de la valvula reguladora de caudal (17) o bien mediante el distribuidor de geometna variable de la turbina. La unidad de control electronico (25) tambien controla el accionamiento del compresor auxiliar (36) en caso de ser instalado, de forma que la presion del circuito de aire comprimido que alimenta la turbina (18) se mantenga aproximadamente constante dentro del rango establecido.
El aire comprimido se expande en la turbina (18) y cede su energia cinetica al eje del ciguenal (22) del motor de combustion interna (1) mediante la transmision mecanica reductora (21) y acoplamiento (20), tal y como se observa en la figura 7.
Otras realizaciones de la invencion
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En la realization mostrada en la figura 8 se muestra una vista en esquema del motor compuesto formado por el motor de combustion interna (1) con alimentation atmosferica y la turbina (18) para expansion del aire del ciclo inferior que acciona un generador electrico (26).
En la realizacion mostrada en la figura 9 se muestra una vista en esquema del motor compuesto formado por el motor de combustion interna (1) sobrealimentado mediante un compresor de desplazamiento positivo (27) provisto de un intercambiador (28) para refrigeration del aire de admision y la turbina (18) para expansion del aire del ciclo inferior equipada con transmision mecanica (21) para transferencia de la energia generada por dicha turbina al eje del ciguenal (22) del motor de combustion interna (1). El compresor de desplazamiento positivo (27) es accionado por el motor de combustion interna (1) mediante una transmision mecanica (29).
En la realizacion mostrada en la figura 10 se muestra una vista en esquema del motor compuesto formado por el motor de combustion interna (1) sobrealimentado mediante compresor de desplazamiento positivo (27) provisto de un intercambiador (28) para refrigeracion del aire de admision y la turbina (18) para expansion del aire del ciclo inferior equipada con transmision mecanica (21) para transferencia de la energia generada por dicha turbina al eje del ciguenal (22) del motor de combustion interna (1), equipado con una segunda turbina (30) para expansion de los gases de escape del ciclo superior montada coaxialmente con la turbina (18) para expansion del aire del ciclo inferior.
En la realizacion mostrada en la figura 11 muestra una vista en esquema del motor compuesto formado por motor de combustion interna (1) sobrealimentado mediante compresor (31) accionado por la turbina (18) para expansion del aire del ciclo inferior equipada con transmision mecanica (21) para transferencia de la energia generada por dicha turbina al eje del ciguenal (22) del motor de combustion interna (1).
En la realizacion mostrada en la figura 12 se muestra una vista en esquema del motor compuesto formado por motor de combustion interna (1) sobrealimentado mediante turbocompresor (35) que es accionado por el aire del ciclo inferior, estando dicho turbocompresor (35) provisto de una valvula de cortocircuito (34) y de un conducto de derivation o bypass (33) que deriva el exceso de energia del aire del ciclo inferior
hacia una turbina (18) para expansion del aire del ciclo inferior, equipada con transmision mecanica (21) para transferencia de la energia generada por dicha turbina al eje del ciguenal (22) del motor de combustion interna (1).
5 En la realization mostrada en la figura 13 se muestra una vista en esquema de una parte del motor compuesto que comprende un compresor auxiliar (36) accionado mecanica o electricamente destinado a alimentar al deposito de aire comprimido (12) del ciclo inferior.
10 Se hace notar que la solution de motor compuesto propuesta en la presente invention no esta basada en el numero de cilindros del motor de combustion interna. Todas las fases del ciclo compuesto descrito anteriormente son desarrolladas por todos y cada uno de los cilindros del motor de combustion interna. Por tanto es una solucion totalmente funcional en motores de un solo cilindro, tal como se muestra en las figuras, 15 o en motores de varios cilindros.
En cuanto a los avances y retrasos de valvulas, hay que resenar que los momentos de apertura y cierre de la valvulas de admision del motor de combustion interna que se indican en la presente description son los momentos teoricos que coinciden con el 20 Punto Muerto Superior (Apertura de valvula de admision y cierre de valvula de escape) y el Punto Muerto Inferior (Cierre de valvula de admision y apertura de valvula de escape). En la practica se emplearan los avances en la apertura de la admision y apertura del escape, asi como retrasos en el cierre de la admision y cierre del escape que resulten mas convenientes.
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Los momentos de inyeccion y encendido indicados en la presente descripcion son momentos teoricos que se corregiran con los correspondientes avances de inyeccion y encendido que resulten mas convenientes.

Claims (9)

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    35
    R E I V I N D I C A C I O N E S
    1. Motor compuesto que comprende un motor de combustion interna (1) y una primera turbina (18), donde el motor de combustion interna (1) comprende al menos un piston (37) desplazable por el interior de un cilindro (2), al menos una valvula de admision (3) y una valvula de escape (4) caracterizado por que en el motor de combustion interna (1) el aire admitido en un tiempo de admision se comprime en un primer tiempo de compresion hasta una relacion de compresion inferior a la relacion de compresion maxima del motor de combustion interna (1), y posteriormente una primera parte de ese aire comprimido, se transfiere, en un tiempo de transferencia, a traves de una valvula de transferencia (5), a un deposito de almacenamiento de aire comprimido (12) del motor compuesto, donde dicha primera parte del aire comprimido transferido al deposito de almacenamiento (12) constituye el fluido de trabajo de un ciclo inferior que recibe el calor a presion constante de los gases de escape de un ciclo superior provenientes del motor de combustion interna (1), y posteriormente se expande en la turbina (18) que acciona un generador electrico (26) o bien transfiere la energia al eje del ciguenal (22) del motor de combustion interna (1), y donde la parte de aire remanente en el cilindro (2), o segunda parte de aire, una vez finalizado el tiempo de transferencia al deposito de almacenamiento de aire comprimido (12) se emplea en el ciclo superior que se desarrolla en el motor de combustion interna (1), ya que dicha segunda parte de aire se sigue comprimiendo en el motor de combustion interna (1) en un segundo tiempo de compresion hasta la relacion de compresion maxima del motor de combustion interna (1), seguido de un tiempo de expansion, donde dicha segunda parte de aire se sobre-expande, y de un tiempo de escape, y donde los gases de escape del motor de combustion interna (1) del ciclo superior se dirigen a un intercambiador de calor (32) donde ceden calor a una presion constante al aire comprimido del ciclo inferior y finalmente se expanden en la turbina (18).
  2. 2. Motor compuesto segun reivindicacion 1 caracterizado por que comprende un compresor de desplazamiento positivo (27) que sobrealimenta al motor de combustion interna (1) y un intercambiador (28) para refrigeracion del aire de admision a dicho motor de combustion interna (1), donde el compresor de desplazamiento positivo (27) es accionado por el motor de combustion interna (1) mediante una transmision mecanica (29).
  3. 3. Motor compuesto segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende una segunda turbina (30) para expansion de los gases de escape del ciclo superior montada coaxialmente con la turbina (18) para expansion del aire del ciclo inferior.
    5
  4. 4. Motor compuesto segun reivindicacion 1 caracterizado por que comprende un compresor (31) accionado por la turbina (18) para expansion del aire del ciclo inferior.
  5. 5. Motor compuesto segun reivindicacion 1 caracterizado por que comprende un 10 turbocompresor (35) que es accionado por el aire del ciclo inferior, estando dicho
    turbocompresor (35) provisto de una valvula de cortocircuito (34) y de un conducto de derivacion o bypass (33) que deriva el exceso de energia del aire del ciclo inferior hacia una turbina (18) para expansion del aire del ciclo inferior.
    15 6. Motor compuesto segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores
    caracterizado por que comprende un compresor auxiliar (36) accionado mecanica o electricamente destinado a alimentar al deposito de aire comprimido (12) del ciclo inferior.
    20 7. Motor compuesto segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores
    caracterizado por que comprende una unidad de control electronico (25) que controla en todo momento la apertura y cierre de la valvula de transferencia (5) y la alimentacion de la turbina (18) mediante la apertura y cierre de una valvula reguladora de caudal (17) o bien mediante un distribuidor de geometria variable de la turbina.
    25
  6. 8. Motor compuesto segun reivindicaciones 6 y 7 caracterizado por que la unidad de control electronico (25) tambien controla el accionamiento del compresor auxiliar (36).
    30 9. Motor compuesto segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores
    caracterizado por que el motor de combustion interna (1) es un motor de encendido por chispa.
  7. 10. Motor compuesto segun reivindicacion 9 caracterizado por que la inyeccion de un combustible se produce a lo largo del trayecto desde el piston (37) durante el segundo tiempo de compresion, a traves de un inyector (6).
    5 11. Motor compuesto segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado
    por que el motor de combustion interna (1) es un motor de encendido por compresion.
  8. 12. Motor compuesto segun reivindicacion 11 caracterizado por que la inyeccion de un combustible a traves de un inyector (6) se produce al final del segundo tiempo de
    10 compresion y comienzo del tiempo de expansion.
  9. 13. Motor compuesto segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el motor de combustion interna (1) es de 2 tiempos, de 4 tiempos, atmosferico o sobrealimentado.
    15
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109763898A (zh) * 2019-03-11 2019-05-17 江建东 一种脉冲涡轮发动机

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2524559A1 (fr) * 1982-04-02 1983-10-07 Semt Procede de recuperation d'energie dans un generateur de puissance, et generateur de puissance pour la mise en oeuvre dudit procede
DE19514116A1 (de) * 1995-04-14 1996-10-17 Daimler Benz Ag Vorrichtung zur Steuerung von in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine komprimierter Luft
US6223846B1 (en) * 1998-06-15 2001-05-01 Michael M. Schechter Vehicle operating method and system
US20030005696A1 (en) * 2000-10-18 2003-01-09 Wilson Benjamin Raymond Internal combustion engine energy extraction devices
DE10355563A1 (de) 2003-11-28 2005-06-30 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit einem mechanischen Lader und einem Turbo-Compound
US6907859B1 (en) * 2004-05-11 2005-06-21 Barnett Joel Robinson Internal combustion engine with elevated expansion ratio
US8141360B1 (en) * 2005-10-18 2012-03-27 Florida Turbine Technologies, Inc. Hybrid gas turbine and internal combustion engine
US7454911B2 (en) * 2005-11-04 2008-11-25 Tafas Triantafyllos P Energy recovery system in an engine
US7950231B2 (en) 2007-10-26 2011-05-31 Deere & Company Low emission turbo compound engine system
EP2337934B1 (en) * 2008-09-26 2012-12-26 Renault Trucks Power assembly, especially for an automotive vehicle
AT511070B1 (de) * 2011-05-26 2012-09-15 Avl List Gmbh Brennkraftmaschine mit mehreren zylindern

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