專利名稱：使一個(gè)蒸汽機(jī)的活塞式膨脹器運(yùn)行的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使活塞式膨脹器運(yùn)行的方法，其中從一個(gè)蒸汽輸入裝置使新鮮蒸 汽經(jīng)過(guò)一個(gè)進(jìn)氣閥進(jìn)入一個(gè)氣缸腔，進(jìn)入這氣缸腔的新鮮蒸汽在工作行程中由于活塞從上 死點(diǎn)至下死點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而被卸壓，而且這卸壓的蒸汽在到達(dá)下死點(diǎn)之后，從一個(gè)可封閉的排 氣口被引入蒸汽排出系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了能夠節(jié)省燃油，尤其是在可移動(dòng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，例如像汽車內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中， 當(dāng)前主要優(yōu)先采用兩種技術(shù)途徑。除了采用各種不同的混合動(dòng)力方案之外，還已知有熱量 回收系統(tǒng)，前者首先提供用于市內(nèi)交通和分配式交通，這是由于那里出現(xiàn)制動(dòng)-和加速過(guò) 程，而后者則利用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱，提供附加的驅(qū)動(dòng)能量。利用余熱的這樣的系統(tǒng)在可移 動(dòng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中主要用于長(zhǎng)途交通的汽車。在這樣的余熱利用系統(tǒng)中，至少部分地使得在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)部位和/或排氣系統(tǒng)里 所產(chǎn)生的余熱轉(zhuǎn)送至一個(gè)次級(jí)的熱循環(huán)系統(tǒng)。在這次級(jí)的熱循環(huán)系統(tǒng)中，使載熱流體進(jìn)行 循環(huán)，并且在這里通常在一個(gè)蒸發(fā)器里至少部分地蒸發(fā)，使膨脹單元里的例如在一個(gè)活塞 式膨脹器里的蒸汽卸壓，并且最后在一個(gè)冷凝器里又液化。這用膨脹單元所產(chǎn)生的機(jī)械功 作為附加的功被輸送給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，尤其是汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。同樣也可以考慮，利用這通過(guò)余熱 利用而得到的機(jī)械功來(lái)驅(qū)動(dòng)其它的部件，例如像風(fēng)機(jī)或者壓縮機(jī)，或者用于產(chǎn)生電能。在這方面由DElO 2006 043 139 Al得知一種用于內(nèi)燃機(jī)的余熱回收系統(tǒng)。借助 于所述的系統(tǒng)，由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和/或排氣設(shè)備的余熱給汽車提供附加的驅(qū)動(dòng)能量。在蒸汽 形式的工作介質(zhì)在膨脹器里卸壓之后，將次級(jí)熱循環(huán)系統(tǒng)里的工作介質(zhì)輸送至一個(gè)冷凝器 里，在這里輸出熱量而被液化，從而使相應(yīng)的蒸汽循環(huán)過(guò)程結(jié)束。此外由當(dāng)前還沒(méi)有公開(kāi)的歐洲專利申請(qǐng)09009456，6得知一種活塞式膨脹機(jī)的活 塞，其中活塞頸的外徑小于活塞頭和/或活塞裙的外徑，而且同時(shí)活塞頸的長(zhǎng)度差不多相 當(dāng)于活塞在安裝狀態(tài)下的行程。用所述的技術(shù)解決方案可以借助于構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu) 措施實(shí)現(xiàn)對(duì)于包含在蒸汽里的能量，并因此對(duì)于在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)里產(chǎn)生的損失熱量的有效利 用。所述的活塞結(jié)構(gòu)保證了活塞式膨脹機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)和油與蒸氣回路的有效分開(kāi)。油與蒸 氣回路的有效分開(kāi)可靠地阻止了由于各自介質(zhì)的逾越而引起的循環(huán)回路的相互污染。由技術(shù)背景得知的蒸氣活塞式膨脹機(jī)通常以二沖程法運(yùn)行。這里在上死點(diǎn)處通過(guò) 一個(gè)進(jìn)氣閥使新鮮蒸氣進(jìn)入膨脹單元的一個(gè)氣缸里，并在以下的工作行程中使蒸氣在輸出 功的情況下卸壓。最后在下死點(diǎn)使排氣閥打開(kāi)，而在排出行程期間，通過(guò)活塞從下死點(diǎn)至上 死點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，將蒸氣從氣缸里排出。當(dāng)?shù)竭_(dá)上死點(diǎn)時(shí)排氣閥關(guān)閉，而相應(yīng)的循環(huán)過(guò)程則重新 開(kāi)始。取決于新鮮蒸氣的參數(shù)以及在排氣閥上的反壓，必須這樣設(shè)計(jì)壓縮比，使得工作介質(zhì) 在工作行程中卸壓到一個(gè)適合的水平。當(dāng)壓縮比太小的時(shí)候，工作介質(zhì)在排氣閥打開(kāi)時(shí)有一個(gè)相對(duì)于在排氣管路中的反 壓來(lái)說(shuō)的過(guò)壓，這由于潛在地可能達(dá)到較大的卸壓，而對(duì)于循環(huán)過(guò)程的效率有不利的影響。相反如果壓縮比設(shè)計(jì)得太大，那么就使工作介質(zhì)卸壓到低于在排氣管路里的反壓的壓力， 這使得卸壓蒸氣的排出困難了，并且又對(duì)循環(huán)過(guò)程的效率有不利的影響。在利用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱時(shí)，采用蒸氣活塞式膨脹器要求復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了 能夠滿足所有的要求，包括重量，成本，耐久性以及必要的服務(wù)，一般應(yīng)用立式閥。通過(guò)這種 措施在上死點(diǎn)形成一個(gè)有害空間，它比較大，并因此導(dǎo)致小的幾何關(guān)系方面的壓縮比。因此 常常有以下問(wèn)題有害空間不允許一下子充足新鮮蒸氣。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)已知的背景技術(shù)和所述的問(wèn)題，本發(fā)明的任務(wù)在于提出一種使一個(gè)蒸汽活 塞式膨脹單元運(yùn)行的方法，這種單元可以以比較高的效率運(yùn)行。所述的方法尤其是應(yīng)該減 少充滿活塞而必須的新鮮蒸氣量，而并不因此明顯地降低循環(huán)回路的效率。前面所述的任務(wù)借助于一種按照權(quán)利要求1的方法來(lái)解決。本發(fā)明的有利的實(shí)施 形式見(jiàn)從屬權(quán)利要求，并且在以下的說(shuō)明中部分參見(jiàn)附圖作詳細(xì)敘述。 按照本發(fā)明使一個(gè)活塞式膨脹器運(yùn)行的方法這樣進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，在這方法中， 從一個(gè)蒸汽輸入裝置使新鮮蒸汽經(jīng)過(guò)一個(gè)進(jìn)氣閥進(jìn)入一個(gè)氣缸腔，進(jìn)入這氣缸腔的新鮮蒸 汽在工作行程中由于活塞從上死點(diǎn)至下死點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而被卸壓，而且這卸壓的蒸汽在到達(dá)下 死點(diǎn)之后，從一個(gè)可封閉的排氣口被引入蒸汽排出系統(tǒng)，因此在到達(dá)下死點(diǎn)部位時(shí)或者之 后，排氣孔被打開(kāi)，并接著當(dāng)活塞在排出行程中到達(dá)上死點(diǎn)之前就關(guān)閉。因此基本上可以考 慮，只是在比較短的時(shí)間段里。例如在下死點(diǎn)上，或者在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間段上，首先達(dá)到在 上死點(diǎn)之前例如小于一個(gè)大約30°曲軸角度時(shí)，使排氣口打開(kāi)。減小工作過(guò)程的每個(gè)循環(huán)的新鮮蒸氣量原則上可以有兩種形式。一方面可以考 慮，使進(jìn)氣閥只是如此長(zhǎng)和大地打開(kāi)，使得在氣缸里達(dá)不到新鮮蒸氣的壓力。在這種情況下 進(jìn)氣閥節(jié)流新鮮蒸氣到一個(gè)比新鮮蒸氣壓力更小的壓力。這種壓力的減小當(dāng)然導(dǎo)致了效率 的相應(yīng)降低。因此按照本發(fā)明的方法利用第二種可能性來(lái)減少每個(gè)循環(huán)的新鮮蒸氣量。這 里排氣閥并不在整個(gè)排出行程期間，也就是在活塞從下死點(diǎn)至上死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，打開(kāi)， 而是使排氣閥明顯地在活塞到達(dá)上死點(diǎn)之前關(guān)閉。通過(guò)這種措施可以使大量已經(jīng)卸壓的蒸 氣留在氣缸里，而且并不排出到蒸氣排出系統(tǒng)里。這種留在氣缸里的殘留蒸氣有利地在排出行程里通過(guò)活塞運(yùn)動(dòng)至上死點(diǎn)而被壓 縮。這導(dǎo)致了 在進(jìn)氣閥打開(kāi)時(shí)，已經(jīng)有一種與否則沒(méi)有殘余蒸氣的壓縮時(shí)在氣缸里的反壓 相比明顯提高的壓力。由于在氣缸之內(nèi)，相比于通常的反壓來(lái)說(shuō)有更高的壓力，因此同樣也 只是使少量的新鮮蒸氣引入氣缸里。盡管如此通過(guò)噴入新鮮蒸氣使氣缸有害容積里形成的 混合蒸氣達(dá)到一個(gè)壓力，它相當(dāng)于新鮮蒸氣壓力。新鮮蒸氣壓力這里在氣缸的有害容積之 內(nèi)，通過(guò)對(duì)已經(jīng)預(yù)壓緊的殘余蒸氣進(jìn)一步的壓縮而達(dá)到，其中在噴入新鮮蒸氣之后，取決于 預(yù)先壓縮的殘余蒸氣和新鮮蒸氣的狀態(tài)形成混合蒸氣的狀態(tài)。這種混合蒸氣壓力可以與一 種適合的壓縮比選擇無(wú)關(guān)地來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)按照本發(fā)明的使活塞式膨脹器運(yùn)行的方法可以有利地使膨脹器的效率比較 高，而且同時(shí)在氣缸內(nèi)達(dá)到一種適度的壓力升高。適度的壓力升高歸結(jié)于它在一個(gè)較長(zhǎng)的 時(shí)間段上實(shí)現(xiàn)的。這是因?yàn)槭紫仁箽堄嗾魵忸A(yù)壓緊，而且緊接著通過(guò)噴入新鮮蒸氣將其壓 縮到新鮮蒸氣的水平。
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正如開(kāi)頭所述的那樣，按照本發(fā)明的方法原則上可以考慮兩種備選的實(shí)施形式。 在第一種實(shí)施形式中，一旦活塞位于下死點(diǎn)和上死點(diǎn)之間的一個(gè)部位里的話，使排氣閥關(guān) 閉。排氣閥優(yōu)先在上死點(diǎn)前一個(gè)20°至60°的曲軸角時(shí)關(guān)閉。特別適合的是，在一個(gè)上死 點(diǎn)前大約45°的曲軸角的部位里使排氣閥關(guān)閉。第二種備選的實(shí)施形式似乎是按照本發(fā)明的方法的一種極限情況。在這種方案中 使排氣口僅僅打開(kāi)或者保持敞開(kāi)，一旦而且只要活塞位于下死點(diǎn)的部位里的話。在按照本 發(fā)明的方法的一種這樣的實(shí)施形式中，此外還可以優(yōu)選地考慮，在氣缸壁的部位里設(shè)有開(kāi) 孔，尤其是切槽，它們通過(guò)在膨脹行程期間活塞邊的掃過(guò)而開(kāi)通，并且通過(guò)在排出行程期間 活塞邊的掃過(guò)而又關(guān)閉。按此方式使排氣口開(kāi)通，用于排出至少部分卸壓的蒸氣，如果活塞 位于下死點(diǎn)的附近的話。在一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，在下死點(diǎn)后一個(gè)曲軸角度為20°，在 小于20°的范圍里進(jìn)行打開(kāi)。本發(fā)明的一種完全特別的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案規(guī)定，當(dāng)活塞行程為 75mm至85mm時(shí)，尤其是80mm時(shí)，打開(kāi)排氣閥的一個(gè)曲軸角度范圍為30°。如果活塞緊接 著排氣閥的打開(kāi)，重新在上死點(diǎn)的方向上運(yùn)動(dòng)，那就使排氣口又關(guān)閉上。用一種這樣的實(shí)施 形式可以以比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)措施實(shí)現(xiàn)按照本發(fā)明的方法。尤其是不需要使用附加的排氣閥 了。排氣閥的打開(kāi)在前面所述的本發(fā)明的方法的實(shí)施形式中，在下死點(diǎn)處進(jìn)行。如果活塞 從下死點(diǎn)在上死點(diǎn)的方向上運(yùn)動(dòng)，那么又使排氣口關(guān)閉，從而壓縮留在氣缸里的混合蒸氣。優(yōu)選在活塞到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，使進(jìn)氣閥打開(kāi)，直至在上死點(diǎn)之后一個(gè)曲軸角度為 30°都開(kāi)著。按照本發(fā)明的方法的很大優(yōu)點(diǎn)基于在有害容積里混合了兩種蒸氣，也就是新 鮮蒸氣以及預(yù)壓縮的殘余蒸氣，它們從放熱方面是比較類似的。在按照本發(fā)明的方法的實(shí)施形式中，此外還優(yōu)選地確保了 在關(guān)閉排氣口和接著 關(guān)閉進(jìn)氣閥之間的一個(gè)時(shí)間段里，通過(guò)輸入新鮮蒸氣至氣缸腔里，尤其是氣缸腔的有害容 積里而產(chǎn)生一種混合蒸氣，該混合蒸氣壓力至少近似地相當(dāng)于新鮮蒸氣壓力。比較高的混 合蒸氣壓力，新鮮蒸氣壓力這里通過(guò)對(duì)氣缸的有害容積之內(nèi)已經(jīng)預(yù)壓緊的殘余蒸氣的繼續(xù) 壓縮而達(dá)到，其中在噴入新鮮蒸氣之后，取決于預(yù)壓縮的殘余蒸氣和新鮮蒸氣的狀態(tài)而形 成混合蒸氣的狀態(tài)。通過(guò)新鮮蒸氣和預(yù)壓緊的殘余蒸氣的混合，因此產(chǎn)生的混合蒸氣具有 比通常的情況更高的焓。這種措施比較簡(jiǎn)單地提高了循環(huán)過(guò)程的效率。


以下按照附圖對(duì)本發(fā)明詳細(xì)加以說(shuō)明，并不局限于通常的發(fā)明思路。所示為圖1排氣口的閥門上升曲線；圖2氣缸里的壓力變化曲線；圖3用于實(shí)施按照本發(fā)明的方法的一種二沖程蒸汽膨脹器簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式圖1表示了在一個(gè)蒸汽膨脹器的氣缸的一個(gè)排氣口里閥門的行程。這里閥門形成 的功能曲線a，b，c對(duì)應(yīng)的是不同閥門控制時(shí)的曲軸角度。下死點(diǎn)和上死點(diǎn)的到達(dá)分別通過(guò) 在大約182°或者說(shuō)361°曲軸角度時(shí)的垂直線來(lái)說(shuō)明。細(xì)實(shí)的功能曲線a以及點(diǎn)線曲線 b分別表示了在已知的標(biāo)準(zhǔn)方法時(shí)的排氣閥行程。粗線的第三條功能曲線表示了在利用按 照本發(fā)明的用來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉排氣閥的方法時(shí)，排氣閥的閥門行程。
可以清楚地看到在一種按照功能曲線a，b的排氣閥的閥門行程中，在活塞的上 死點(diǎn)和下死點(diǎn)之間的一個(gè)比較寬的范圍里，排氣閥被打開(kāi)。按照本發(fā)明的排氣閥的打開(kāi)通 過(guò)粗的功能曲線c來(lái)反映，與它相比在標(biāo)準(zhǔn)方法時(shí)，排氣閥不僅打開(kāi)更長(zhǎng)，而且而且也更 大。與已知的方法相比，在使用按照本發(fā)明的方法時(shí)，排氣口明顯地在到達(dá)上死點(diǎn)之前就又 被關(guān)閉。通過(guò)所述的措施使這個(gè)時(shí)刻位于氣缸里的殘余蒸氣由于活塞的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)在排氣閥 關(guān)閉時(shí)并不在向上死點(diǎn)的方向上排出，而是被壓縮。按照本發(fā)明的方法的一種完全特殊的實(shí)施形式在圖1中通過(guò)功能曲線d表示。在 這種技術(shù)解決途徑中，應(yīng)用一種特殊結(jié)構(gòu)的排氣口。這里在氣缸壁里設(shè)有切槽，這些切槽在 氣缸內(nèi)腔和蒸氣排出口之間建立起聯(lián)系，如果活塞邊在膨脹行程中掃過(guò)切槽的話。在排出 行程中至少一個(gè)切槽又被關(guān)閉，如果活塞邊由于活塞的相反運(yùn)動(dòng)而重新掃過(guò)了切槽的話。 在這所示的情況下，至少一個(gè)切槽在到達(dá)下死點(diǎn)之前的一個(gè)曲軸角度為大約20°時(shí)被打 開(kāi)，而在下死點(diǎn)之后的一個(gè)曲軸角度大約為20°時(shí)又被關(guān)閉。對(duì)于圖1所示的在活塞運(yùn)動(dòng)期間排氣閥行程的曲線的補(bǔ)充，在圖2中表示了三種 在圖1中所示的用于關(guān)閉排氣口的方法的壓力變化曲線。明顯可見(jiàn)，在標(biāo)準(zhǔn)方法a，b時(shí)，剛 好在到達(dá)上死點(diǎn)之前進(jìn)行一種很快的壓力升高。與此相比，在提前關(guān)閉排氣閥時(shí)，也就是明 顯在活塞到達(dá)上死點(diǎn)之前，壓力升高是很平緩的。這是由于，在提前關(guān)閉排氣閥時(shí)氣缸里的 壓力連續(xù)地通過(guò)壓縮殘余蒸氣而升高。而在使用標(biāo)準(zhǔn)方法a，b時(shí)，壓力只是很短地在到達(dá) 上死點(diǎn)之前，尤其是在到達(dá)上死點(diǎn)之前大約10°的曲軸角度時(shí)，才升高。關(guān)系到與圖1中的功能曲線d相聯(lián)系的所示的排氣口的切槽，要指出，在排出行程 時(shí)氣缸內(nèi)的壓力取決于切槽的結(jié)構(gòu)，尤其是其幾何形狀而升高。與一種閥門控制相比，在大 多數(shù)情況下壓力的升高不是很平緩的，相應(yīng)的壓力變化曲線因此在這個(gè)部位具有一種多少 有些陡的曲線。在這方面當(dāng)然要明確地指出，對(duì)于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明重要的效果來(lái)說(shuō)，是否借助于 至少一個(gè)排氣閥或者借助于一種適合的切槽控制使排氣口開(kāi)通或者說(shuō)關(guān)閉并不重要。在圖3中表示了一種蒸汽膨脹器的構(gòu)造，用此膨脹器可以實(shí)施按照本發(fā)明的方 法。因?yàn)橐环N相應(yīng)的蒸氣膨脹器通常以二沖程方法運(yùn)行，因此曲軸和凸輪軸轉(zhuǎn)速相同，從而 使進(jìn)氣-和排氣閥借助于一個(gè)相應(yīng)的，設(shè)計(jì)在曲軸上的曲軸頰板來(lái)操縱。一個(gè)這樣的實(shí)施 形式首先有以下優(yōu)點(diǎn)既不需要一個(gè)附加的凸輪軸，也不需要一個(gè)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置。當(dāng)然原 則上可以考慮，除了曲軸之外，在一種按二沖程運(yùn)行的蒸汽活塞式膨脹器時(shí)也設(shè)計(jì)一個(gè)附 加的凸輪軸。如上面實(shí)施形式所示那樣，閥門涉及一種用于適合地操縱一種使蒸氣卸壓的 活塞機(jī)的進(jìn)氣-或排氣閥的方法。為此在圖3中簡(jiǎn)略表示了三種技術(shù)途徑，用這些途徑可 以實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門4，5的操縱。用這三種可能的閥門操縱中的每種途徑時(shí)，都可以實(shí)施按照本 發(fā)明的方法，這種方法主要涉及打開(kāi)以及關(guān)閉閥門4，5的時(shí)刻。圖3所示的對(duì)于實(shí)現(xiàn)按照 本發(fā)明的方法來(lái)說(shuō)重要的蒸汽活塞式膨脹器的構(gòu)件是曲軸1、具有成型的凸輪3的凸輪軸 2、進(jìn)氣閥4、排氣閥5、位置傳感器6以及操縱單元7。根據(jù)蒸汽機(jī)選擇什么樣的結(jié)構(gòu)形式， 閥門的操縱通過(guò)曲軸1 (圖3a)、通過(guò)凸輪軸2(圖3b)或者另外的操縱單元7來(lái)進(jìn)行，所述 操縱單元可以是電的、液壓的或者風(fēng)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。在應(yīng)用另外的操縱單元7時(shí)，這種單元的特 征首先在于，在曲軸1和進(jìn)氣-或排氣閥之間沒(méi)有機(jī)械的連接，此外設(shè)有一個(gè)在曲軸上的位 置傳感器6和一個(gè)控制單元10。借助于位置傳感器6求出曲軸1的瞬時(shí)位置并將一個(gè)相應(yīng) 的值作為輸入?yún)?shù)輸送給控制單元。在控制單元10里對(duì)這個(gè)值進(jìn)行處理并產(chǎn)生一個(gè)輸出參數(shù)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)操縱單元7操縱進(jìn)氣-或排氣閥4，5。所有三個(gè)在圖3這所示的閥門操縱機(jī)構(gòu)都是將新鮮蒸氣通過(guò)蒸氣輸入系統(tǒng)8輸送 至進(jìn)氣閥4。進(jìn)氣閥的打開(kāi)或者通過(guò)曲軸的頰板(圖3a)、凸輪軸2的凸輪3(圖3b)或者 通過(guò)操縱裝置7進(jìn)行，一旦活塞9位于上死點(diǎn)的話。當(dāng)達(dá)到上死點(diǎn)時(shí)，在余下的氣缸腔里， 所謂有害容積里有壓縮的殘余蒸氣，該殘余蒸氣在卸壓之后沒(méi)有被吹出，而是重新被壓縮 了。在進(jìn)氣閥4打開(kāi)之后，新鮮蒸氣流入有害容積里，其中由于新鮮蒸氣的流入也對(duì)位于氣 缸的有害容積里的、預(yù)先壓緊的殘余蒸氣進(jìn)行壓縮。位于氣缸里的混合蒸氣最終具有的壓 力至少差不多相當(dāng)于蒸氣輸入系統(tǒng)8中的新鮮蒸氣壓力。新鮮蒸氣壓力這里通過(guò)對(duì)位于氣 缸有害容積里的、預(yù)先已壓緊的殘余蒸氣繼續(xù)進(jìn)行壓縮而達(dá)到，其中在噴入新鮮蒸氣之后， 取決于預(yù)壓縮的殘余蒸氣和新鮮蒸氣的狀態(tài)而形成混合蒸氣的狀態(tài)。在上死點(diǎn)之后一個(gè)大約30°的曲軸角時(shí)，進(jìn)氣閥4又關(guān)閉。由于位于氣缸里壓縮 的混合蒸氣，使活塞9在工作行程中在下死點(diǎn)的方向上運(yùn)動(dòng)，從而使蒸氣卸壓。在達(dá)到下死 點(diǎn)時(shí)，使排氣口 5打開(kāi)。在第一種備選方案中，它設(shè)計(jì)成氣缸壁里的切槽11，一旦活塞9位 于下死點(diǎn)的部位里，它就開(kāi)通。優(yōu)選地使排氣切槽通過(guò)掃過(guò)活塞邊，而在到達(dá)下死點(diǎn)之前一 個(gè)大約20°的曲軸角時(shí)開(kāi)通。通過(guò)排氣口 5或者說(shuō)排氣切槽11的開(kāi)通使卸壓的混合蒸氣 逸出ο一旦活塞9又在上死點(diǎn)的方向上運(yùn)動(dòng)，那就使排氣口 5關(guān)閉。如果排氣口不具有 一個(gè)排氣閥，而是有已經(jīng)敘述過(guò)的切槽，那么這個(gè)切槽由于活塞在排出行程中的運(yùn)動(dòng)和因 此所決定的掃過(guò)活塞邊而被重新關(guān)閉。通過(guò)排氣口 5或者說(shuō)排氣切槽11的關(guān)閉將殘余蒸 氣壓縮，使得殘余蒸氣壓力在到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)只是略小于新鮮蒸氣壓力。在殘余蒸氣和新鮮 蒸氣之間小的壓力差首先由以下優(yōu)點(diǎn)在噴入新鮮蒸氣到氣缸的有害容積里之后，蒸氣相 互混合，它們?cè)诜艧岱矫媸呛芟嗨频?。除此之外使氣缸的?gòu)件，尤其是進(jìn)氣閥，由于殘余蒸 氣的壓縮和與之關(guān)聯(lián)的在殘余蒸氣-和新鮮蒸氣壓力之間小的差別，加載比較小。此外由 于所述的第一種可能的排氣口 5的結(jié)構(gòu)形式，除了進(jìn)氣閥4之外不需要什么閥門。在達(dá)到上死點(diǎn)之后又打開(kāi)進(jìn)氣閥4，并且重新開(kāi)始所述的循環(huán)過(guò)程。在用于實(shí)施按照本發(fā)明的方法的第二種備選方案中，也在排氣口 5設(shè)有一個(gè)閥 門，這個(gè)閥門通過(guò)曲軸1的頰板、凸輪軸2的凸輪3或者另一個(gè)操縱裝置7來(lái)操縱。在排氣 口的一種這樣的結(jié)構(gòu)形式中，一旦活塞到達(dá)了下死點(diǎn)，那么就打開(kāi)排氣閥，并在上死點(diǎn)之前 大約45°的曲軸角時(shí)關(guān)閉。在排氣閥5關(guān)閉之后，通過(guò)活塞的運(yùn)動(dòng)使留在氣缸里的殘余蒸 氣又壓縮，從而實(shí)現(xiàn)與第一種備選方案的說(shuō)明相關(guān)聯(lián)所述的優(yōu)點(diǎn)。最后應(yīng)該指出，由于一種蒸汽活塞式膨脹機(jī)以二沖程方法的優(yōu)選運(yùn)行，閥門按照 適合的方式借助于一個(gè)曲軸頰板(圖3a)來(lái)操縱。在這種結(jié)構(gòu)形式中有利的首先是可以 取消對(duì)附加的凸輪軸的使用。標(biāo)號(hào)表1曲軸8蒸氣輸入系統(tǒng)2凸輪軸9活塞3凸輪10控制單元4進(jìn)氣閥11排氣切槽5排氣閥
6位置傳感器7操縱單元
權(quán)利要求
1.使活塞式膨脹器運(yùn)行的方法，其中從一個(gè)蒸汽輸入裝置使新鮮蒸汽經(jīng)過(guò)一個(gè)進(jìn)氣閥 進(jìn)入一個(gè)氣缸腔，進(jìn)入這氣缸腔的新鮮蒸汽在工作行程中由于活塞從上死點(diǎn)至下死點(diǎn)的運(yùn) 動(dòng)而被卸壓，而且這卸壓的蒸汽在到達(dá)下死點(diǎn)之后，從一個(gè)可封閉的排氣口被引入蒸汽排 出系統(tǒng)，其特征在于，一旦活塞位于在下死點(diǎn)部位的話，使排氣口打開(kāi)，并且接著當(dāng)活塞在 排出行程中到達(dá)上死點(diǎn)之前就關(guān)閉。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在下死點(diǎn)之前一個(gè)25°至15°，尤其是 20°的曲軸角時(shí)，使排氣口打開(kāi)。
3.按權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于，在下死點(diǎn)之后一個(gè)25°至15°，尤其 是20°的曲軸角時(shí)，使排氣口關(guān)閉。
4.按權(quán)利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，在到達(dá)下死點(diǎn)之后，在到達(dá)下死 點(diǎn)不到20°之前的一個(gè)20°的曲軸角時(shí)，使排氣口至少打開(kāi)一次。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，一旦活塞到達(dá)下死點(diǎn)，最先使排氣口打開(kāi)。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在排氣行程中，在下死點(diǎn)之后一個(gè)70°至 100°的曲軸角的部位里使排氣口關(guān)閉。
7.按權(quán)利要求1至6中之一所述的方法，其特征在于，在到達(dá)上死點(diǎn)之后一個(gè)25°至 35°的曲軸角的部位里使進(jìn)氣閥關(guān)閉。
8.按權(quán)利要求1至7中之一所述的方法，其特征在于，在關(guān)閉排氣口和關(guān)閉進(jìn)氣閥之間 的的一個(gè)時(shí)間段里，通過(guò)輸入新鮮蒸氣至氣缸里而產(chǎn)生一種混合蒸氣，其混合蒸氣壓力差 不多相當(dāng)于新鮮蒸氣壓力。
9.應(yīng)用按照權(quán)利要求1至8中之一的方法，在一種蒸氣回路的一個(gè)活塞式膨脹器里，它 從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)冷卻回路供給熱量。
10.應(yīng)用按照權(quán)利要求1至8中之一的方法，在一種蒸氣回路的一個(gè)活塞式膨脹器里， 它從汽車內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)冷卻回路供給熱量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使活塞式膨脹器運(yùn)行的方法，其中從一個(gè)蒸汽輸入裝置使新鮮蒸汽經(jīng)過(guò)一個(gè)進(jìn)氣閥進(jìn)入一個(gè)氣缸腔，進(jìn)入這氣缸腔的新鮮蒸汽在工作行程中由于活塞從上死點(diǎn)至下死點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而被卸壓，而且這卸壓的蒸汽在到達(dá)下死點(diǎn)之后，從一個(gè)可封閉的排氣口被引入蒸汽排出系統(tǒng)。所述技術(shù)解決方案的特征在于，一旦活塞位于在下死點(diǎn)部位的話，使排出孔打開(kāi)，并且接著當(dāng)活塞在排出行程中到達(dá)上死點(diǎn)之前就關(guān)閉。
文檔編號(hào)F01B25/02GK102146808SQ201110035659
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者R·阿姆鮑爾 申請(qǐng)人:曼商用車輛奧地利股份公司