Motor híbrido de aire de ciclo dividido.
Un motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) que comprende: un cigüeñal (18) que gira alrededor de un eje del cigüeñal (20);
un pistón de trabajo (24) que es recibido de forma deslizante dentro de un cilindro de trabajo (14) y se conecta de forma operativa al cigüeñal (18) de modo que el pistón de trabajo (24) oscile a través de una carrera de expansión y una carrera de escape durante una sola rotación del cigüeñal (18);
un pistón de compresión (26) que es recibido de forma deslizante dentro de un cilindro de compresión (16) y se conecta de forma operativa al cigüeñal (18) de modo que el pistón de compresión (26) oscile a través de una carrera de admisión y una carrera de compresión durante una sola rotación del cigüeñal (18);
un depósito de aire (36) para almacenar el aire comprimido y que se puede activar de manera selectiva para que suministre aire comprimido al cilindro de trabajo (14); y
un conducto de cruce (36, 76) que interconecta los cilindros de compresión (16) y de trabajo (14) que incluye una válvula de escape (50) dispuesta entre el conducto de cruce (36, 76) y el cilindro de trabajo (14); y una válvula del depósito de aire (58) dispuesta entre el depósito de aire (36) y el conducto de cruce (36, 76); que se caracteriza porque: la relación entre el volumen en el cilindro de trabajo (14) cuando el pistón de trabajo (24) está en su posición de punto muerto inferior (BDC) y el volumen en el cilindro de trabajo (14) cuando el pistón de trabajo (24) está en su posición de punto muerto superior (TDC) es de 26 a 1 o superior; y en donde el motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) está configurado para funcionar en un modo de trabajo de aire precomprimido (PAP), en donde en el modo PAP:
el cilindro de trabajo (14) recibe una primera carga de aire comprimido procedente del depósito de aire (36) a través del conducto de cruce (36, 76) durante una primera carrera de expansión del pistón de trabajo (24);
dicha primera carga de aire comprimido se mezcla con combustible durante dicha primera carrera de expansión; y la combustión del combustible se inicia en el cilindro de trabajo (14) durante dicha primera carrera de expansión.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09169245.
Solicitante: SCUDERI GROUP LLC.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 111 ELM STREET, SUITE 4 WEST SPRINGFIELD, MA 01089 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: SCUDERI,SALVATORE, SCUDERI,STEPHEN.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F02B21/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION. › F02B MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DE PISTONES; MOTORES DE COMBUSTION EN GENERAL (plantas de turbinas de gas F02C; plantas de motores de desplazamiento positivo de gas caliente o de productos de combustión F02G). › Motores caracterizados porcámaras de acumulación de aire.
- F02B29/00 F02B […] › Motores caracterizados porestar provistos de otros dispositivos de alimentación o de barrido F02B 25/00, F02B 27/00 o F02B 33/00 - F02B 39/00; Detalles por sí mismo.
- F02B33/22 F02B […] › F02B 33/00 Motorescaracterizados por estar provistos debombas de alimentación o de barrido. › con el cilindro de bombeo situado a un lado del cilindro motor, p. ej. siendo los cilindros paralelos.
- F02D17/02 F02 […] › F02D CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios para el control automático de la velocidad en vehículos, que actúan sobre una sola subunidad del vehículo B60K 31/00; control conjunto de subunidades del vehículo de diferente tipo o diferente función, sistemas de control de la propulsión de vehículos de carretera para propósitos distintos que el control de una sola subunidad B60W; válvulas de funcionamiento cíclico para los motores de combustión F01L; control de la lubrificación de los motores de combustión F01M; refrigeración de los motores de combustión interna F01P; alimentación de los motores de combustión con mezclas combustibles o constituyentes de las mismas, p. ej. carburadores, bombas de inyección, F02M; arranque de los motores de combustión F02N; control del encendido F02P; control de las plantas motrices de turbinas de gas, de las plantas motrices por propulsión a reacción o de las plantas motrices de productos de la combustión, ver las clases relativas a estas plantas). › F02D 17/00 Control de los motores por puesta fuera de servicio individual de los cilindros; Funcionamiento en vacío o al ralentí de los motores (control o marcha en vacío por variación de las características de funcionamiento de las válvulas de admisión de las válvulas de escape F02D 13/00). › Puesta fuera de servicio (puesta fuera de servicio de los motores en los conjuntos multimotores F02D 25/04).
PDF original: ES-2392624_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
En un ejemplo típico, donde no resulta necesario el almacenamiento o la utilización de aire comprimido para accionar el vehículo, un motor híbrido de aire conforme a las técnicas anteriores funciona a modo de un motor de combustión interna convencional, donde los cuatro tiempos del ciclo Otto (admisión, compresión, expansión y escape) se realizan en cada uno de los pistones cada dos revoluciones del cigüeñal. No obstante, durante el modo de frenado por compresión, cada cilindro del motor convencional está configurado para actuar a modo de un compresor de aire de dos tiempos de pistón oscilante, accionado desde las ruedas del vehículo a través del movimiento del vehículo. El aire es recibido de la atmósfera exterior en los cilindros del motor donde es comprimido y desplazado a un depósito de aire. El trabajo realizado por los pistones del motor absorbe la energía cinética del vehículo y desacelera o restringe su movimiento. De este modo, la energía cinética del movimiento del vehículo es transformada en energía de aire comprimido almacenada en el depósito de aire.
Durante el modo de control del aire, cada uno de los cilindros del motor está configurado para utilizar el aire comprimido almacenado y generar carreras de trabajo para una propulsión sin combustión. Esto puede conseguirse, expandiendo primero el aire comprimido almacenado en los cilindros para bajar los pistones desde el punto muerto superior (TDC) hasta el punto muerto inferior (BDC) para una primera carrera de trabajo. A continuación, los pistones comprimen el gas expandido al desplazarse del BDC al TDC. Después el combustible es inyectado en los cilindros y encendido justo antes del TDC. Los productos que se expanden de la combustión vuelven a accionar los pistones hacia abajo para una segunda carrera de trabajo durante la segunda revolución del cigüeñal.
Alternativamente, el control del aire puede conseguirse expandiendo el aire comprimido almacenado para bajar el pistón mecánico del TDC al BDC para una carrera de trabajo sin combustión por cada revolución del cigüeñal. Este método alternativo de control del aire puede continuar hasta que la presión en el depósito de aire desciende por debajo de un nivel umbral, tras lo cual el motor puede pasar bien al modo de control de aire anteriormente descrito o a un modo de funcionamiento convencional de motor ICE.
Desde el punto de vista de la problemática, para poder pasar de un modo CB, AM e ICE a otro, el sistema de válvula/tren de transmisión resulta complejo, costoso y difícil de controlar o mantener. Adicionalmente, dado que cada uno de los cilindros tiene que realizar todas las funciones de cada uno de los modos, no resulta fácil su optimización. Por ejemplo, los pistones y los cilindros tienen que estar diseñados para soportar un evento de combustión explosiva, incluso si sólo actúan como compresores de aire. Según esto, dadas las tolerancias y los materiales requeridos para ampliar el calor de la combustión, debe sacrificarse el rendimiento del modo del compresor.
Otro problema en la realización de todas las funciones de cada modo (ICE, CB y AM) en cada cilindro es que no pueden ejecutarse dos modos en paralelo (es decir, simultáneamente) . Dado que los sistemas híbridos de aire de técnicas anteriores hacen uso de motores convencionales, se ven limitados a funcionar en serie en cada uno de los modos, lo que representa una serie de limitaciones inherentes de sus capacidades. Por ejemplo, dado que el modo CB no puede utilizarse cuando el motor está funcionando a modo de motor de combustión interna (en modo ICB) , el depósito de aire sólo puede cargarse durante la función de frenado de un vehículo en movimiento. Esta limitación lleva a problemas de mantenimiento de la carga almacenada en el depósito de aire. Además, esta limitación también hace que los sistemas híbridos de aire de técnicas anteriores sólo sean aplicables para el movimiento de vehículo, y no resulten prácticos para las aplicaciones estacionarias tales como los generadores estacionarios.
En la WO 2004/072448 se presenta un motor que incluye las funciones que precaracterizan la Reivindicación 1
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
En la presente invención se combinan las funciones del motor de ciclo dividido con el depósito de aire del concepto de híbrido de aire... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) que comprende: un cigüeñal (18) que gira alrededor de un eje del cigüeñal (20) ; un pistón de trabajo (24) que es recibido de forma deslizante dentro de un cilindro de trabajo (14) y se conecta de forma operativa al cigüeñal (18) de modo que el pistón de trabajo (24) oscile a través de una carrera de expansión y una carrera de escape durante una sola rotación del cigüeñal (18) ;
un pistón de compresión (26) que es recibido de forma deslizante dentro de un cilindro de compresión (16) y se conecta de forma operativa al cigüeñal (18) de modo que el pistón de compresión (26) oscile a través de una carrera de admisión y una carrera de compresión durante una sola rotación del cigüeñal (18) ;
un depósito de aire (36) para almacenar el aire comprimido y que se puede activar de manera selectiva para que suministre aire comprimido al cilindro de trabajo (14) ; y
un conducto de cruce (36, 76) que interconecta los cilindros de compresión (16) y de trabajo (14) que incluye una válvula de escape (50) dispuesta entre el conducto de cruce (36, 76) y el cilindro de trabajo (14) ; y una válvula del depósito de aire
(58) dispuesta entre el depósito de aire (36) y el conducto de cruce (36, 76) ; que se caracteriza porque: la relación entre el volumen en el cilindro de trabajo (14) cuando el pistón de trabajo (24) está en su posición de punto muerto inferior (BDC) y el volumen en el cilindro de trabajo (14) cuando el pistón de trabajo (24) está en su posición de punto muerto superior (TDC) es de 26 a 1 o superior; y en donde el motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) está configurado para funcionar en un modo de trabajo de aire precomprimido (PAP) , en donde en el modo PAP:
el cilindro de trabajo (14) recibe una primera carga de aire comprimido procedente del depósito de aire (36) a través del conducto de cruce (36, 76) durante una primera carrera de expansión del pistón de trabajo (24) ;
dicha primera carga de aire comprimido se mezcla con combustible durante dicha primera carrera de expansión; y la combustión del combustible se inicia en el cilindro de trabajo (14) durante dicha primera carrera de expansión.
2. El motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) de la reivindicación 1, en donde la relación entre el volumen en el cilindro de trabajo (14) cuando el pistón de trabajo (24) está en su posición en el punto muerto inferior (BDC) y el volumen en el cilindro de trabajo
(14) cuando el pistón de trabajo (24) está en su posición de punto muerto superior (TDC) es de 40 a 1 o superior.
3. El motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde durante el funcionamiento en el modo PAS, la combustión del combustible se inicia en un ángulo del cigüeñal (AC) de entre 5 y 40 grados después del punto muerto superior (TDC) del pistón de trabajo (24) .
4. El motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde durante el funcionamiento en el modo PAS, la combustión del combustible se inicia en un ángulo del cigüeñal (AC) de entre 10 y 30 grados después del punto muerto superior (TDC) del pistón de trabajo (24) .
5. El motor (74, 80, 84, 89) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la válvula del depósito de aire (58) se puede activar de modo que controle de manera selectiva el flujo de gas que entra y sale del depósito de aire (36) .
6. El motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde el conducto de cruce (36, 76) incluye además una válvula de admisión (46) , definiendo las válvulas de admisión (46) y de escape (50) una cámara de presión entre ellas.
7. El motor (74, 80, 84, 89, 94) de la reivindicación 6, en donde la válvula del depósito de aire (58) conecta el depósito de aire (36) a la cámara de presión.
8. El motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde la válvula de escape (50) se encuentra cerca del cilindro de trabajo (14) .
9. El motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde la válvula de escape (50) se abre una vez iniciada la combustión en el cilindro de trabajo (14) y durante la primera carrera de expansión antedicha.
10. El motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el número de grados del ángulo del cigüeñal requerido para abrir y cerrar la válvula de escape (50) es de 69 grados o inferior durante el modo PAP.
11. El motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el número de grados del ángulo del cigüeñal (18) requerido para abrir y cerrar la válvula de escape (50) es de 50 grados o inferior durante el modo PAP.
12. El motor (84) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el depósito de aire (36) es un acumulador
(86) que permite el almacenamiento de una serie de márgenes de volúmenes de aire.
13. El motor (84) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el depósito de aire (36) es un acumulador (86) que permite el almacenamiento de una serie de márgenes de volúmenes de aire a una presión relativamente constante.
14. El motor (74, 80, 84, 89) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el depósito de aire (36) queda conectado al conducto de cruce (76) a través del un conducto del depósito (78) ; y la válvula de depósito de aire (58) se encuentra dispuesta en el conducto del depósito (78) .
15. El motor (10, 74, 80, 84, 89, 94) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la relación entre el volumen
en el cilindro de compresión (16) cuando el pistón de compresión (26) está en su posición en el punto muerto inferior (BDC) y el volumen en el cilindro de compresión (16) cuando el pistón de compresión (26) está en su posición de punto muerto superior (TDC) es de 40 a 1 o superior.
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