專利名稱：驅(qū)動單元及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動單元，具有內(nèi)燃機，其與輸出軸作用連接； 往復(fù)活塞式膨脹機，其與曲軸作用連接，其中輸出軸通過空程離合器(解 脫離合器)與曲軸機械連接，從而進(jìn)行從曲軸向輸出軸的轉(zhuǎn)矩傳遞。本 發(fā)明涉及還一種驅(qū)動單元工作方法。
背景技術(shù)：
在內(nèi)燃機的研發(fā)和改進(jìn)中，近年來工作的主要關(guān)注點是一方面減少 有害物質(zhì)，另一方面提高機組效率。相關(guān)地， 一種提高現(xiàn)代內(nèi)燃機效率 的方案是，最佳地利用在相應(yīng)的內(nèi)燃機的區(qū)域中產(chǎn)生的熱量。通過采取 相應(yīng)的措施可以實現(xiàn)既限制所需冷卻設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸，又使得廢熱可繼 續(xù)用于汽車領(lǐng)域，否則所述廢熱就只能被排放至周圍環(huán)境。
為了改善發(fā)動機冷卻，近年來已對內(nèi)燃機、特別是汽車發(fā)動機進(jìn)行 了改進(jìn)，/人而相應(yīng)的系統(tǒng)可以采用盡可能有效的方式實現(xiàn)對在內(nèi)燃機區(qū) 域中產(chǎn)生的熱量的利用。相關(guān)地一方面可以將所產(chǎn)生的熱量用于其它設(shè) 置在汽車中的冷卻源，或者借助相應(yīng)的循環(huán)過程將熱能轉(zhuǎn)化成機械能、 特別是動能。
相關(guān)地由DE 10 2006 028 868 Al已知一種驅(qū)動單元，其中內(nèi)燃機 與活塞式發(fā)動機機械地藕聯(lián)。就該所述技術(shù)方案而言，在一單獨的工作 循環(huán)中，借助內(nèi)燃機的廢熱將流體汽化，將如此產(chǎn)生的蒸汽導(dǎo)入到活塞 式發(fā)動機的氣缸中，以便使得可活動地支撐在氣缸中的活塞運動。通過 這種方式使得活塞式發(fā)動機的曲軸運動，活塞式發(fā)動機的曲軸與內(nèi)燃機 的曲軸機械地連接。因此利用所述系統(tǒng)可以對內(nèi)燃機廢熱的利用，以便 通過活塞式發(fā)動機將轉(zhuǎn)矩傳遞至內(nèi)燃機的曲軸。
按照已知的構(gòu)造原理，現(xiàn)在主要可考慮兩種技術(shù)方案，以便在熱量 回收系統(tǒng)的熱態(tài)運轉(zhuǎn)階段中確保膨脹器、特別是活塞式發(fā)動機不會產(chǎn)生 附加的必須隨動的載荷。
由于在填充氣缸時的進(jìn)氣時間短，取決于確切的控制時間，從7個 至8個氣缸起才能確保始終都有一個進(jìn)氣閥打開，并且在有蒸汽可供使用時膨脹器自起動。在這種情況下，自起動的膨脹器的曲軸通過空程離 合器(解脫離合器)與內(nèi)燃機的曲軸連接。該空程離合器確保轉(zhuǎn)矩傳遞 僅從膨脹器的區(qū)域向內(nèi)燃機的曲軸進(jìn)行。在有足夠的來自熱回收系統(tǒng)的 蒸汽可供氣缸使用時，膨脹器才做功，從而進(jìn)行朝向內(nèi)燃機曲軸的轉(zhuǎn)矩傳遞。
對于除了內(nèi)燃機外還設(shè)有的由于氣缸數(shù)目少而不會自起動的膨脹 器而言，代替在膨脹器曲軸和內(nèi)燃機曲軸之間的通過空程離合器的連 接，設(shè)置有相應(yīng)的離合器。通過傳感器機構(gòu)探測來自熱回收循環(huán)的蒸汽 的可用性，并終止在兩個曲軸之間的藕聯(lián)，進(jìn)而膨脹器被內(nèi)燃機拖動， 直至膨脹器的進(jìn)氣閥打開，且膨脹器起動。

發(fā)明內(nèi)容
基于前述現(xiàn)有技術(shù)和用于在起動階段起動往復(fù)活塞式膨脹機的已 知的構(gòu)造原理，本發(fā)明的目的在于，提出一種驅(qū)動單元及其工作方法， 從而實現(xiàn)往復(fù)活塞式膨脹機的無控制的自起動，同時結(jié)構(gòu)較小且控制技 術(shù)成本較低。特別地， 一方面將實現(xiàn)作為膨脹器而使用具有少量氣缸的 活塞式發(fā)動機，另 一方面將實現(xiàn)放棄使用在膨脹器曲軸以及內(nèi)燃機曲軸 之間的離合器。通過這種方式提供的技術(shù)方案將可以借助蒸汽循環(huán)過程 實現(xiàn)對內(nèi)燃機廢氣的利用，而無需額外的成本、安裝空間，同時不會提 高控制成本。
在此要確保蒸汽和/或氣體驅(qū)動的與內(nèi)燃機曲軸機械藕聯(lián)的膨脹器 的工作，而無需離合器的多次切換過程，離合器切換由在每次制動過程 中和每次要求零轉(zhuǎn)矩時的接合和分離引起。本發(fā)明的技術(shù)方案特別是將 確保采用簡單的方式實現(xiàn)汽車發(fā)動機優(yōu)選載貨汽車柴油機的工作效率 提高。
前述目的借助一種根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動單元以及一種根據(jù)權(quán)利要
求8的方法得以實現(xiàn)。本發(fā)明的有利的實施方式是從屬權(quán)利要求的主題， 并將在下面的說明中對照附圖詳細(xì)闡述。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的驅(qū)動單元具有內(nèi)燃機，其與輸出軸作用連接； 往復(fù)活塞式膨脹機，其與曲軸作用連接，其中輸出軸通過空程離合器與 曲軸機械連接，從而進(jìn)行從曲軸向輸出軸的轉(zhuǎn)矩傳遞。本發(fā)明的驅(qū)動單 元的特征在于，往復(fù)活塞式膨脹機具有至少兩個氣缸，通過進(jìn)氣閥和與其平行設(shè)置的旁通閥可將至少 一部分來自流體供應(yīng)機構(gòu)的流體導(dǎo)入到 所述氣缸的內(nèi)腔中。流體供應(yīng)機構(gòu)可以是膨脹機內(nèi)部或外部的任何區(qū) 域，在該區(qū)域中輸送至少部分蒸汽狀的流體。除了進(jìn)氣閥以及旁通閥外， 往復(fù)活塞式膨脹機的氣缸還具有至少 一個排氣閥，在氣缸內(nèi)腔中減壓的 蒸汽狀和/或氣體狀的流體可經(jīng)由所述排氣閥導(dǎo)入到廢液處理機構(gòu)中。
因此本發(fā)明的特征在于，除了進(jìn)氣閥外，在氣缸蓋的區(qū)域中還設(shè)有 旁通閥，流體可經(jīng)由該旁通閥從流體供應(yīng)才幾構(gòu)導(dǎo)入到氣缸內(nèi)腔中。這種 解決方案確保即使在進(jìn)氣閥關(guān)閉，且同時超過流體供應(yīng)機構(gòu)中的系統(tǒng)壓 力的一定的極限值的情況下，也能將流體、優(yōu)選蒸汽狀和/或氣體狀的 流體導(dǎo)入到至少 一個氣缸內(nèi)腔中。
在活塞式膨脹機、特別是往復(fù)活塞式膨脹機的氣缸蓋中的通過這種 方式設(shè)置的旁通閥將較小的部件成本的優(yōu)點與自控制的空程離合器的 優(yōu)點結(jié)合起來。即使靜止的活塞式膨脹機的所有進(jìn)氣閥都關(guān)閉，也可以 在有足夠的內(nèi)燃機廢熱可供使用之后，使得蒸汽狀和/或氣體狀的流體 通過旁通閥流入到氣缸內(nèi)腔中。這最終在至少 一個氣缸中導(dǎo)致活塞朝向 下止點向下運動，并由于這種運動而在至少一個其它的氣缸中打開進(jìn)氣 閥。由于該進(jìn)氣閥打開，蒸汽狀和/或氣體狀的流體流入到其它氣缸中， 且往復(fù)活塞式發(fā)動機開始運轉(zhuǎn)，而無需離合器，或者活塞式發(fā)動機不必
另一氣缸朝向下止點運動而可靠地打開氣缸的進(jìn)氣閥。為實現(xiàn)對曲軸傳 動機構(gòu)的合適的幾何設(shè)計而采取的優(yōu)選的措施是相應(yīng)地確定氣缸位移 和/或氣缸角度。
根據(jù)本發(fā)明的 一 種有利的實施方式，進(jìn)氣閥與活塞式膨脹機的曲軸 作用連接，從而通過曲軸的旋轉(zhuǎn)引起進(jìn)氣閥的打開以及關(guān)閉。優(yōu)選輸出 軸具有相對于其縱向中軸線非對稱地設(shè)置的凸輪，這些凸輪接觸進(jìn)氣閥 的閥挺桿，從而在凸輪沿著圍繞縱向中軸線的圓形軌道運動時進(jìn)氣閥沿 著其導(dǎo)向機構(gòu)直線運動，由此實現(xiàn)進(jìn)氣閥的打開和關(guān)閉。
在根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的往復(fù)活塞式膨脹機工作期間，即如果在起動過 程之后，在流體供應(yīng)機構(gòu)中存在足夠的處于所需要的壓力下的蒸汽狀和 /或氣體狀的流體，則流體基本上通過進(jìn)氣閥流入到氣缸中，使得在那 里活動地支撐的活塞朝向下止點運動，從而在氣缸中進(jìn)行流體減壓，然 后經(jīng)減壓的流體最后由于活塞朝向上止點向上運動而通過排氣閥排出。往復(fù)活塞式膨脹機的活塞的運動傳遞至曲軸，該曲軸又與輸出軸即 內(nèi)燃機的曲軸藕聯(lián)。在往復(fù)活塞式膨脹機的曲軸與內(nèi)燃機的輸出軸之間 設(shè)有空程離合器，也稱為解脫離合器，其確保轉(zhuǎn)矩傳遞僅從往復(fù)活塞式 膨脹機的曲軸向內(nèi)燃機的輸出軸進(jìn)行。只要在流體供應(yīng)機構(gòu)中沒有對于 往復(fù)活塞式膨脹機的驅(qū)動來說足夠量的蒸汽可供使用，例如在驅(qū)動單元 的熱態(tài)運轉(zhuǎn)階段，內(nèi)燃機的輸出軸就比往復(fù)活塞式膨脹機的曲軸快地旋 轉(zhuǎn)，而內(nèi)燃機不必使得活塞式發(fā)動機"聯(lián)動"。
利用根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的驅(qū)動單元確保了在內(nèi)燃機的熱態(tài)運轉(zhuǎn)階段 結(jié)束之后，即在流體供應(yīng)機構(gòu)中已有足夠量的蒸汽狀和/或氣體狀的流 體時，往復(fù)活塞式膨脹機可以起動，盡管全部進(jìn)氣閥都關(guān)閉。只要往復(fù) 活塞式膨脹機的所有進(jìn)氣閥都關(guān)閉，就有至少兩個氣缸或者膨脹階段或 者處于排氣階段。出于這個原因，要確保往復(fù)活塞式膨脹機在從靜止?fàn)?態(tài)過渡至運動時在任何情況下都能開始朝向正確方向運轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的往復(fù)活塞式膨脹機確保了在內(nèi)燃機的熱態(tài)運轉(zhuǎn) 階段結(jié)束之后通過簡單的機構(gòu)使得膨脹機朝向正確的方向可靠地起動。
吸取熱量，并將熱量輸送給往復(fù)活塞式膨脹機的流體供應(yīng)機構(gòu)。在往復(fù) 活塞式膨脹機的流體供應(yīng)機構(gòu)中形成蒸汽狀和/或氣體狀的流體，這種 流體借助至少 一 個輸送單元被輸向進(jìn)氣閥以及平行于進(jìn)氣閥設(shè)置的旁 通閥。借助輸送單元，流體供應(yīng)機構(gòu)中的系統(tǒng)壓力首先升高，從而在系 統(tǒng)壓力達(dá)到極限值時至少 一個優(yōu)選彈簧加載的旁通閥打開，且流體流入. 到至少一個氣缸的內(nèi)腔中。
旁通閥的打開壓力如下選擇，即該打開壓力盡管高于往復(fù)活塞式膨 脹機的工作壓力，但低于流體供應(yīng)機構(gòu)的允許的系統(tǒng)壓力。在此，旁通 閥的所選開口橫截面小于進(jìn)氣閥的開口橫截面，從而盡管旁通閥打開， 系統(tǒng)壓力首先在流體供應(yīng)機構(gòu)中繼續(xù)升高。根據(jù)本發(fā)明的 一種特殊的改 進(jìn)，通過這種方式確保在第一進(jìn)氣閥運動之前，由于在旁通閥第一次打 開之后流體供應(yīng)機構(gòu)中的系統(tǒng)壓力如所述繼續(xù)升高，至少 一個其它的氣 缸的至少一個其它的旁通閥也打開。由此特別是可以補償對于至少兩個 彈簧加載的旁通閥來說分別需要的打開壓力的由公差引起的差別。
在第一進(jìn)氣閥運動之前，在任何情況下，在起動階段被壓縮的蒸汽 狀和/或氣體狀的流體都通過至少 一 個旁通閥流入到往復(fù)活塞式膨脹機的至少一個氣缸的內(nèi)腔中。如果相應(yīng)的氣缸的活塞處于排氣階段，則配 屬于該氣缸的進(jìn)氣閥關(guān)閉，而同樣設(shè)置的排氣閥打開?；谶@種狀況， 盡管蒸汽狀和/或氣體狀的流體流入到氣缸中，卻并未建立壓力，因為 經(jīng)由旁通閥流入的流體通過排氣閥又從氣缸中流出。采用該措施通過優(yōu) 選的方式確保活塞由于經(jīng)由旁通閥流入的流體而不會朝向錯誤的方向 運動，或者活塞式膨脹機的曲軸不會朝向錯誤的方向旋轉(zhuǎn)。
相反，如果氣缸的活塞處于膨脹階段，則無論進(jìn)氣閥還是排氣閥都 關(guān)閉。如果現(xiàn)在經(jīng)壓縮的蒸汽狀和/或氣體狀的流體經(jīng)由旁通閥流入到 氣缸內(nèi)腔中，則在氣缸內(nèi)建立壓力，從而活塞最終朝向下止點運動。通 過如此引起的活塞運動，往復(fù)活塞式膨脹機的曲軸旋轉(zhuǎn)運動，從而還使 得至少一個其它的氣缸的至少一個其它的活塞進(jìn)行直線運動。通過曲軸 的運動，最終至少一個配屬于另一氣缸的進(jìn)氣閥打開，且蒸汽狀和/或 氣體狀的流體流入到該氣缸內(nèi)腔中，從而往復(fù)活塞式膨脹機最終起動。 在往復(fù)活塞式膨脹機起動之后，流體供應(yīng)機構(gòu)中的系統(tǒng)壓力下降至往復(fù) 活塞式膨脹機的工作壓力，從而旁通閥在往復(fù)活塞式膨脹機的正常工作 期間不起作用。
另 一優(yōu)選的實施方式規(guī)定，根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的往復(fù)活塞式膨脹機具 有奇數(shù)的氣缸。在此使用五個氣缸是非常特別適合的。
根據(jù)本發(fā)明的一種特殊的改進(jìn)，旁通閥如下設(shè)計，即可由旁通閥開
通的開口橫截面為可由進(jìn)氣閥開通的開口橫截面的0. l倍至O. 5倍，非 常特別優(yōu)選為0. 2倍。對旁通閥的開口橫截面的這種尺寸設(shè)計以優(yōu)選的 方式確保盡管由公差《1起各個旁通閥之間的不均衡，流體供應(yīng)機構(gòu)中的 系統(tǒng)壓力即使在旁通閥打開之后也會上升，且在設(shè)置在往復(fù)活塞式膨脹 機中的所有旁通閥都打開之后才由于至少一個活塞或曲軸的運動而使 得進(jìn)氣閥運動。
本發(fā)明還涉及一種驅(qū)動單元工作方法，其中內(nèi)燃機的輸出軸通過空 程離合器與具有至少兩個氣缸的往復(fù)活塞式膨脹機的曲軸機械地連接， 其中利用內(nèi)燃機的廢熱來加熱流體，且流體至少部分地轉(zhuǎn)化為蒸汽相和 /或氣相。流體在至少部分蒸汽狀和/或氣體狀的狀態(tài)下通過進(jìn)氣閥導(dǎo)入 到氣缸內(nèi)腔中，且在流體減壓的情況下，可活動地支撐在氣缸中的與曲 軸機械地藕聯(lián)的活塞運動。本發(fā)明的方法的特征在于，在流體技術(shù)上平 行于進(jìn)氣閥設(shè)置的旁通閥打開，進(jìn)而開通通入氣缸內(nèi)腔的通路，即使進(jìn)氣閥關(guān)閉。
本發(fā)明的 一種有利的改進(jìn)規(guī)定，在往復(fù)活塞式膨脹機中設(shè)置有至少 兩個分別帶有進(jìn)氣閥和旁通閥的氣缸，且在進(jìn)氣閥打開之前，所有旁通 閥都打開。
恰恰如同相應(yīng)的驅(qū)動單元一樣，本發(fā)明的方法因此是一種如下的技 術(shù)解決方案，其可以實現(xiàn)也具有少量氣缸的往復(fù)活塞式膨脹機的無控制 的自起動，而無需使得往復(fù)活塞式膨脹機的曲軸與內(nèi)燃機的輸出軸機械 地連接的離合器。


下面在不限制通用的發(fā)明構(gòu)思的情況下對照附圖借助實施例詳細(xì)
說明本發(fā)明。圖中示出
圖1示出往復(fù)活塞式膨脹機的具有進(jìn)氣閥和排氣閥以及旁通閥的氣
缸；
圖2為往復(fù)活塞式膨脹機的具有進(jìn)氣閥和與其平行地設(shè)置的旁通閥 的氣缸蓋的局部詳視圖3為在進(jìn)氣階段開始時的蒸汽流視圖； 圖4為在膨脹階段開始時的蒸汽流視圖； 圖5為在排氣階段開始時的蒸汽流視圖6為根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的往復(fù)活塞式膨脹機與內(nèi)燃機的藕聯(lián)視圖。
具體實施例方式
圖1為根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的往復(fù)活塞式膨脹機的具有進(jìn)氣閥2和排氣 閥4以及旁通閥3的氣缸1的剖一見圖。往復(fù)活塞式膨脹機通過空程離合 器17 (解脫離合器)與載貨汽車的柴油機的輸出軸機械地藕聯(lián)。 一旦柴 油機在起動階段之后提供了廢熱，就會在傳熱器中發(fā)生流體工作介質(zhì)的 至少部分的相變。至少部分蒸汽狀的流體借助泵經(jīng)由流體供應(yīng)機構(gòu)9被 輸送至進(jìn)氣閥2和旁通閥3。
排氣閥4位于在圖1中所示的氣缸的排氣側(cè)，該排氣閥4在活塞5 的排氣階段打開，由此可以將減壓的流體從氣缸內(nèi)腔6排到廢液處理機 構(gòu)10中。
氣缸1的活塞5通過連桿7利用相應(yīng)的軸承與往復(fù)活塞式膨脹機的曲軸8連接。通過活塞5的在氣缸內(nèi)腔6中的直線運動，往復(fù)活塞式膨 脹機的曲軸8處于旋轉(zhuǎn)運動。曲軸8如下設(shè)計，即才艮據(jù)曲軸8的運動來 打開和關(guān)閉進(jìn)氣閥2和排氣閥4,其方式為，使得進(jìn)氣閥2和排氣閥4 的閥挺桿11向上運動和向下運動。因為除了所示活塞5外，還有往復(fù) 活塞式膨脹機的至少一個其它的活塞與曲軸8機械地藕聯(lián)，所以隨著曲 軸8的運動，配屬于這些其它的氣缸的進(jìn)氣閥和排氣閥也運動。因此為 了確保往復(fù)活塞式膨脹機的起動，必須使得該發(fā)動機的至少一個活塞8 運動。
在熱態(tài)運轉(zhuǎn)階段結(jié)束之后，在至少兩個氣缸1的流體供應(yīng)機構(gòu)9內(nèi) 存在蒸汽狀的流體，所述蒸汽狀的流體借助泵被輸送至進(jìn)氣閥2和旁通 閥3。 一旦在流體供應(yīng)機構(gòu)9內(nèi)產(chǎn)生系統(tǒng)壓力，將一力施加到旁通閥3 上，彈簧12施加到旁通閥3上的力增大，則旁通閥3獨立于余下的閥 的位置被打開，且蒸汽狀的流體流入到氣缸1的內(nèi)腔6中。
在圖2中可看到圖1中所示的區(qū)域"A"的細(xì)節(jié)。由此示出根據(jù)本 發(fā)明設(shè)計的氣缸蓋的局部，其示出進(jìn)氣閥2的設(shè)置情況和旁通閥3的可 能的設(shè)計情況。在進(jìn)氣閥2的閥挺桿11的區(qū)域中設(shè)有孔13，該孔產(chǎn)生 在流體供應(yīng)機構(gòu)9和旁通閥3或者可由旁通閥打開的閥門開口之間的流 體連接。如果在流體供應(yīng)機構(gòu)9中產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力將一大于彈簧12的 彈力的力施加到旁通閥3上，則設(shè)計成球閥的旁通閥3打開，且蒸汽狀 的流體從流體供應(yīng)機構(gòu)9的區(qū)域流入到氣缸內(nèi)腔6中。
一旦由于流體流入到氣缸內(nèi)腔6中而達(dá)到工作壓力，則活塞5向下 朝向下止點運動，并如已經(jīng)結(jié)合圖1所述使得曲軸運動，從而另一氣缸 的進(jìn)氣閥打開且往復(fù)活塞式膨脹機起動。
如由圖2可清楚地看到，旁通閥3的開口橫截面14明顯小于進(jìn)氣 閥2的開口橫截面15。根據(jù)圖2中所示的實施例，進(jìn)氣閥2的開口橫截 面15大致為旁通閥3的開口橫截面14的五倍大。由于對旁通閥3的開 口橫截面14進(jìn)行如此的尺寸設(shè)計，所以確保了流體供應(yīng)機構(gòu)9內(nèi)的系 統(tǒng)壓力即使在旁通閥3已經(jīng)打開時也會上升。在這種情況下，系統(tǒng)壓力 的繼續(xù)上升的原因是，尺寸如此小的開口橫截面14的流體阻力相比于 由流體供應(yīng)機構(gòu)9的輸送單元所輸送的蒸汽量比較大。
圖3示出在進(jìn)氣階段期間氣缸1的進(jìn)氣閥2和排氣閥4以及旁通閥 3的閥位置以及在膨脹階段開始時的蒸汽流。進(jìn)氣閥2打開，從而蒸汽從流體供應(yīng)機構(gòu)9進(jìn)入到氣缸1的內(nèi)腔6中。由此活塞5向下朝向下止 點直線運動。因為活塞5的這種運動在進(jìn)氣閥2再次關(guān)閉的情況下會導(dǎo) 致氣缸內(nèi)腔的容積增大，所以位于氣缸內(nèi)腔6中的蒸汽通過活塞5的向 下運動而減壓。通過活塞5的運動，曲軸8、閥挺桿ll以及至少一個其 它的帶有配設(shè)的進(jìn)氣閥和排氣閥的活塞16運動。在圖3中所示的氣缸1 的工作狀態(tài)下，旁通閥3不起作用。
圖4為在氣缸1的膨脹階段蒸汽流視圖，其中活塞5處于配設(shè)的位 置。在內(nèi)燃機熱態(tài)運轉(zhuǎn)階段結(jié)束之后，有足夠的廢熱可供使用，以便在 流體供應(yīng)機構(gòu)9中產(chǎn)生蒸汽。所述蒸汽借助輸送單元在流體供應(yīng)機構(gòu)9 中循環(huán)。在流體供應(yīng)機構(gòu)9中達(dá)到可預(yù)先給定的系統(tǒng)壓力時，其中該系 統(tǒng)壓力引起將一力施加到旁通閥3上，該力使得同樣起作用的彈簧12 的彈力增大，則旁通閥3打開，且蒸汽從流體供應(yīng)機構(gòu)9流入到氣缸1 的內(nèi)腔6中。
由于蒸汽朝向關(guān)閉的進(jìn)氣閥2和排氣閥4流入，所以氣缸1中的壓 力升高。由于所述壓力建立，活塞5開始緩慢地朝向下止點運動，并使 得與其藕聯(lián)的曲軸8旋轉(zhuǎn)運動。因為曲軸如下設(shè)計，即它引起進(jìn)氣閥2 和排氣閥4運動，所以在另一氣缸16中，配設(shè)的進(jìn)氣閥通過活塞或者 與活塞藕聯(lián)的曲軸8的運動而打開。由于另一在圖4中未示出的進(jìn)氣閥 打開，所以往復(fù)活塞式膨脹機開始運轉(zhuǎn)。在工作期間，旁通閥3再次不 起作用。
圖5示出用于處于排氣階段的工作循環(huán)中的往復(fù)活塞式膨脹機的自 動起動的蒸汽流。進(jìn)氣閥2關(guān)閉，而排氣閥4打開。通過由于流體供應(yīng) 機構(gòu)9中的系統(tǒng)壓力而打開的旁通閥3，蒸汽再次從流體供應(yīng)機構(gòu)9流 入到氣缸內(nèi)腔6中。但由于排氣閥4處于打開位置，在氣缸內(nèi)腔6中未 建立壓力，從而活塞5不運動。采用該技術(shù)措施特別是確保了活塞5不 會朝向錯誤的方向運動，進(jìn)而曲軸8不會朝向錯誤的方向旋轉(zhuǎn)。因此采 用簡單的方式有效地避免了往復(fù)活塞式膨脹機朝向并非為此預(yù)定的方 向起動。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的往復(fù)活塞式膨脹機19與內(nèi)燃機18的一 種優(yōu)選的設(shè)置或藕聯(lián)，其中圖6a)示出在帶有通風(fēng)機轉(zhuǎn)子21的機架縱梁 20之間的安裝狀況，而在圖6b)中為明了起見省去了通風(fēng)機轉(zhuǎn)子21和 機架縱梁20。在這種情況下，具有五個氣缸1、 16的往復(fù)活塞式膨脹機19為星 形發(fā)動機，其設(shè)置在通風(fēng)機轉(zhuǎn)子21和內(nèi)燃機18之間。往復(fù)活塞式膨脹 機19具有曲軸8 (在該視圖中被遮住了 )，該曲軸8通過空程離合器 17 (解脫離合器)與內(nèi)燃機18的曲軸藕聯(lián)。空程離合器17確保僅從往 復(fù)活塞式膨脹機的曲軸8向內(nèi)燃機18的曲軸的轉(zhuǎn)矩傳遞，而不會反向 傳遞。采用這種方式一方面確保從往復(fù)活塞式膨脹才幾的曲軸8向內(nèi)燃才幾 的曲軸的轉(zhuǎn)矩傳遞始終在為了支持內(nèi)燃機18而有足夠的蒸汽用于驅(qū)動 往復(fù)活塞式膨脹機19時進(jìn)行，另一方面確保不會出現(xiàn)內(nèi)燃機18驅(qū)動往 復(fù)活塞式膨脹機19的工作狀態(tài)(所謂的聯(lián)動)。
如上述設(shè)計所述，設(shè)有如前所述平行于氣缸1的進(jìn)氣閥2設(shè)置的旁 通閥3是一種用于實現(xiàn)與內(nèi)燃機機械藕聯(lián)的往復(fù)活塞式膨脹機的自起動 的有效方案。因此借助本發(fā)明可以采用特別優(yōu)選的方式實現(xiàn)利用二次熱 循環(huán)對內(nèi)燃機、特別是載貨汽車內(nèi)燃機的散熱。在此，在二次熱循環(huán)中， 在正常狀況下優(yōu)選為液態(tài)的工作介質(zhì)至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，由此產(chǎn) 生的蒸汽通過往復(fù)活塞式膨脹機減壓，以便使得在內(nèi)燃機的廢熱中含有 的能量轉(zhuǎn)化為動能。通過這種方式"回收"的被輸送給驅(qū)動單元的動能 最終有助于整個系統(tǒng)的效率提高。由通常的內(nèi)燃機、特別是柴油機和蒸 汽驅(qū)動的往復(fù)活塞式膨脹機構(gòu)成的這種組合系統(tǒng)因此直接導(dǎo)致驅(qū)動單 元的效率提高，進(jìn)而導(dǎo)致減少有害的物質(zhì)排放，并提高了經(jīng)濟性。附圖標(biāo)記列表
1氣缸
2進(jìn)氣閥
3旁通閥
4排氣閥
5活塞
6氣缸內(nèi)腔
7連桿
8曲軸
9流體供應(yīng)才/L構(gòu)
10廢液處理才幾構(gòu)
11閥挺桿
12彈簧
13孑匕
14旁通閥的開口橫截面
15進(jìn)氣閥的開口橫截面
16另一氣缸
17空程離合器(解脫離合器)
18內(nèi)燃機
19往復(fù)活塞式膨脹機
20機架縱梁
21通風(fēng)機轉(zhuǎn)子
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動單元，具有內(nèi)燃機(18)，其與輸出軸作用連接；往復(fù)活塞式膨脹機(19)，其與曲軸(8)作用連接，其中所述輸出軸通過空程離合器(解脫離合器)(17)與所述曲軸(8)機械連接，從而進(jìn)行從所述曲軸(8)向所述輸出軸的轉(zhuǎn)矩傳遞，其特征在于，所述往復(fù)活塞式膨脹機(19)具有至少兩個氣缸(1、16)，在進(jìn)氣閥(2)關(guān)閉的情況下，至少暫時地通過與所述進(jìn)氣閥(2)平行地設(shè)置的旁通閥(3)，可將來自流體供應(yīng)機構(gòu)(9)的流體導(dǎo)入到所述氣缸的內(nèi)腔(6)中。
2. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動單元，其特征在于，所述往復(fù)活塞式 膨脹機(19)的至少一個氣缸(1 )具有排氣閥(4),來自所述氣缸(1 ) 的內(nèi)腔(6)的流體可通過所述排氣閥(4)導(dǎo)入到廢液處理機構(gòu)(10) 中。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動單元，其特征在于，可由所述旁 通閥(3)開通的開口橫截面(14)為可由所述進(jìn)氣閥(2)開通的開口 橫截面(15 )的0. 1倍至0. 5倍。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的驅(qū)動單元，其特征在于，所 述閥(2、 3、 4)可如下控制，即在所述進(jìn)氣閥(2)關(guān)閉時，所述旁通 閥(3)至少暫時地打開。
5. 如權(quán)利要求2至4中任一項所述的驅(qū)動單元，其特征在于，所 迷閥(2、 3、 4)可如下控制，即在所述進(jìn)氣閥(2)和所述排氣閥(4) 關(guān)閉時，所述旁通閥(3)至少暫時地打開。
6. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的驅(qū)動單元，其特征在于，所 述旁通閥(3)是彈簧加載的球閥。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的驅(qū)動單元，其特征在于，所 述進(jìn)氣閥(2)和所述旁通閥(3)與具有輸送單元的用于給所述氣缸(1、 16)供應(yīng)以蒸汽狀和/或氣體狀流體的流體供應(yīng)機構(gòu)(9)連接，且所迷 輸送單元以及所述旁通閥(3)的開口橫截面(14)的尺寸設(shè)計如下， 即在所述進(jìn)氣閥(2)關(guān)閉而所述旁通閥(3)打開時，所述流體供應(yīng)機 構(gòu)(9)中的系統(tǒng)壓力上升。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項所述的驅(qū)動單元，其特征在于，所 述往復(fù)活塞式膨脹機(19)具有奇數(shù)的氣缸(1、 16)。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的驅(qū)動單元，其特征在于，所 述往復(fù)活塞式膨脹機(19)具有五個氣缸(1、 16)。
10. —種驅(qū)動單元工作方法，其中內(nèi)燃機(18)的輸出軸通過空程 離合器(17)與具有至少兩個氣缸(1)的往復(fù)活塞式膨脹機(19)的 曲軸(8)機械地連接，其中利用所述內(nèi)燃機(18)的廢熱來加熱流體， 且所述流體至少部分地轉(zhuǎn)化為蒸汽相和/或氣相，所述流體在至少部分 蒸汽狀和/或氣體狀的狀態(tài)下通過進(jìn)氣閥(2 )導(dǎo)入到所述氣缸的內(nèi)腔中， 且在所述流體減壓的情況下，可活動地支撐在所述氣缸(1)中的與所 述曲軸(8)機械地藕聯(lián)的活塞(5)運動，其特征在于，在流體技術(shù)上 平行于所述進(jìn)氣閥(2)設(shè)置的旁通閥(3)在進(jìn)氣閥(2)關(guān)閉的情況 下打開，并使得來自流體供應(yīng)機構(gòu)的流體導(dǎo)入到所述氣缸(1)的內(nèi)腔(6)中。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在進(jìn)氣閥(2)運動 之前，設(shè)置在所述往復(fù)活塞式膨脹機(19)中的所有旁通閥(3)都打開。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述旁通閥(3) 根據(jù)流體供應(yīng)機構(gòu)(9)中的系統(tǒng)壓力來打開。
13. 如權(quán)利要求10至12中任一項所述的方法，其特征在于，通過 所述曲軸(8)的旋轉(zhuǎn)引起所述進(jìn)氣閥(2)的運動。
全文摘要
說明一種驅(qū)動單元及其工作方法，其中驅(qū)動單元具有內(nèi)燃機(18)，其與輸出軸連接；往復(fù)活塞式膨脹機(19)，其與曲軸(8)連接，所述輸出軸通過空程離合器與所述曲軸(8)機械連接，從而進(jìn)行從所述曲軸(8)向所述輸出軸的轉(zhuǎn)矩傳遞。所述技術(shù)解決方案的特征在于，所述往復(fù)活塞式膨脹機(19)具有至少一個氣缸(1)，通過進(jìn)氣閥(2)和與其平行地設(shè)置的旁通閥(3)，可將來自流體供應(yīng)機構(gòu)(9)的流體至少暫時地導(dǎo)入到所述氣缸的內(nèi)腔(6)中。
文檔編號F02G1/053GK101576023SQ20091013910
公開日2009年11月11日 申請日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月5日
發(fā)明者G·拉布, J·克拉默, M·勞普 申請人:曼商用車輛奧地利股份公司