HUP0100722A2 - Kiegészítő előmelegítő szerkezet és eljárás hozzáadott levegő befecskendezéssel ellátott környezetkímélő motorral felszerelt járműhöz - Google Patents

Abstract

Kiegészítő előmelegítő eljárás az égető, tágulási kamrába hozzáadottlevegő befecskendezéssel ellátott környezetkímélő motorral felszereltjárműhöz, amelynek nagynyomású sűrített levegőt tároló tartálya (23)van, és az a lényege, hogy egy nagy nyomású tárolótartályban (23) lévősűrített levegőt végleges felhasználása előtt, alacsony nyomáson egyelőmelegítő szerkezetbe (56) vezetik, és az égető, tágulási kamrába(2) juttatása előtt megnövelik nyomását és/vagy térfogatát. Atalálmány tartalmazza, az eljárást megvalósító szerkezetet is. Ó

Description

P0100722-I

Kiegészítő előmelegítő szerkezet és eljárás hozzáadott levegő befecskendezéssel ellátott környezetkímélő motorral felszerelt járműhöz

A találmány tárgya kiegészítő előmelegítő szerkezet és eljárás hozzáadott levegő befecskendezéssel ellátott környezetkímélő motorral felszerelt járműhöz.

A találmány földi jármüvekre, különösen önálló vagy nem önálló égésterü, környezetkímélő vagy nem környezetszennyező, hozzáadott levegő befecskendezéssel működő és nagynyomású levegötartályt magába foglaló motorral felszerelt jármüvekre vonatkozik.

Ismert a WO 96/27737 számon közzétett szabadalmi leírás, amelyben feltalálója leírja egy önálló, külső égésterü motor környezetkímélő működtetésének eljárását, amelyben a motor kétféle energiahordozóval kétféle elven működik, hagyományos üzemanyagot, például benzint vagy gázolajat felhasználva (levegő-üzemanyag működési mód) vagy pedig kis sebességek esetén, nevezetesen városi, vagy város környéki forgalomban az égéstérbe adagolt sűrített levegőt (vagy bármilyen más nem szennyező gázt), kivéve minden más üzemanyagot használva, (levegő, azaz sürített levegő adagolási üzemmód). Az FR 9607714 számú francia szabadalmi leírásban annak szerzője leír egy ilyen üzemmódban, sürített levegő adagolásával működő berendezést, közcélú jármüvekben, például városi autóbuszokban alkalmazva.

Az ilyen típusú motorban, levegő-üzemanyag működési módban a levegő és üzemanyag keveréket egy önálló szívó, összenyomó kamrába szívjuk be és ott összenyomjuk. Ezután ezt a keveréket még mindig nyomás alatt és ugyanazzal a térfogattal továbbítjuk egy önálló égető kamrába hogy ott elégessük hőmérsékletének és nyomásának emelése céljából. Egy az említett égető vagy expanziós kamrát és a táguló, kipufogó kamrát összekötő vezeték nyitása után a keverék kitágul, hogy

14746 munkát végezzen. A kitágult gázok ezután a légkörbe távoznak a kipufogó vezetéken keresztül.

Levegő, valamint sürített levegő adagolási üzemmódban, amely minket különösebben érdekel a találmány tárgyát illetően, kis teljesítmény esetén üzemanyag befecskendezésre már nincsen szükség; ebben az esetben az égető kamrába valamivel később, mint amikor a szívó, összenyomó kamrából oda beengedett, összenyomott levegő - üzemanyag nélkül - bejut, egy kis mennyiségű sürített levegőt adagolunk, amely egy külső tartályból származik, ahol a levegőt nagy nyomáson, például 200 bar nyomáson, és a környezet hőmérsékletén tárolunk. Ez a kis mennyiségű, a környezet hőmérsékletével azonos hőmérsékletű sűrített levegő fel melegszik az égető vagy expanziós kamrában lévő nagy hőmérsékletű levegővel való érintkezése során, kitágul, megemeli a kamrában lévő nyomást ami hajtóerőt szolgáltat.

A kétféle elven vagy két energiahordozóval működő motort (levegő és benzin vagy levegő és sűrített levegő adagolás) át is lehet alakítani előnyösen például városi használatra, minden járművön, különösen a városi autóbuszokon vagy más közszolgálati járműveken (taxik, szemétgyűjtő gépkocsik, stb.) egyféle képen, levegővel és sűrített levegő adagolással működővé, a hagyományos üzemanyaggal működő motorokhoz szükséges segédszerkezetek leszerelésével.

A csak egyféle elven működő motor az égető kamrába befúvott sűrített levegő adagolással működik, így az égető kamra expanziós kamrává válik. Egyébként a motor által beszívott levegőt szűrhetjük és tisztíthatjuk egy vagy több szénszűrővel vagy más mechanikus eljárással, kémiai szűrővel, molekuláris vagy más szűrő segítségével azért, hogy a motor ne szennyezze a környezetet. A „levegő” kifejezés használata ebben a megfogalmazásban kiterjed minden „nem szennyező gáz”-ra.

Az ilyen típusú motorban az adagolt sűrített levegőt az égető vagy expanziós kamrába egy a kamrában lévő nyomás által meghatározott nyomáson, célszerűen annál kissé nagyobb nyomáson fecskendezzük be, ami például 30 bar. Ennek megvalósítására egy hagyományos nyomáscsökkentőt használunk, amely hőfelvétel és munkavégzés nélkül csökkenti a nyomást, tehát a hőmérséklet csökkenése nélkül juttatja az égető vagy expanziós kamrába a kiterjedt (példánkban hozzávetőlegesen 30 bar nyomású) és a környező hőmérséklettel azonos hőmérsékletű levegőt.

Ez a sűrített levegő adagolási eljárás használható a hagyományos 2 vagy 4 ütemű motorokhoz is, ahol a sűrített levegő adagolását a égető kamrába a motor felső gyújtási holtpontjának közelében hajtjuk végre.

A találmány szerinti eljárás olyan megoldást javasol, amely növeli a használható és rendelkezésre álló energia mennyiségét. A találmány lényege abban van, hogy a sűrített levegőt, az égető és/vagy tágulási kamrába történő bejuttatása előtt egy előmelegítőbe vezetjük, ahol megnövekszik nyomása és/vagy térfogata, figyelemre méltóan megnövelve a motorban létrehozott teljesítményt.

A 9700851 számú szabadalmi leírásban a feltaláló leír egy környezeti hőenergiát visszanyerő eljárást hasonló típusú motorban, ahol a nagyon magas, például 200 bar nyomáson és a környezet hőmérsékletén, például 20 C° fokon tartályban tárolt sűrített levegőt, annak végleges, alacsony, például 30 bar nyomáson történő felhasználását megelőzően kiterjesztjük ezen végleges felhasználáshoz szükségeshez közeli nyomásra egy változó térfogatú rendszerben, például egy dugattyút magába foglaló hengerben, amelynek során a sűrített levegő ismert mechanikus, elektromos, hidraulikus, vagy más eszközzel visszanyerhető és használható munkát végez. Ennek a munkával kísért kiterjesztésnek az a következménye, hogy a sűrített levegő nagyon alacsony, például mínusz 100 C° hőmérsékletűre hűl le és kiterjed a felhasználásához közeli nyomásra. Az így a felhasználási nyomására kiterjedt és nagyon alacsony hőmérsékletű sűrített levegőt ezután egy a környezet hőmérsékletével azonos hőmérsékletű levegővel működő hőcserélőben felmelegítjük a környezeti hőmérséklethez közeli hőmérsékletre, és így megemeljük nyomását és/vagy térfogatát visszanyerve az atmoszférába jutott hőenergiát.

A találmány szerinti eljárás egy előnyös megvalósítási formájában javaslatot tesz a fentiekben leírt hőenergiát visszanyerő eljárásba történő beavatkozásra, amely tovább növeli a felhasználható és rendelkezésre álló energia mennyiségét. Lényege az, hogy a sürített levegőt a levegő-levegő hőcserélőn való áthaladása után és az égető kamrába történő bejuttatása előtt egy melegítő szerkezetbe vezetjük, ahol ismét megnöveljük nyomását és/vagy térfogatát, az égető és/vagy tágulási kamrába juttatása előtt, figyelemre méltóan megnövelve a motorban létrehozott teljesítményt.

Az előmelegítő, amelyben a rajta áthaladó sürített levegőt felmelegitjük előnyösen tiszta és folyamatos égéssel használható, amely katalizátorral, vagy más ismert módon tisztítva lehet, hagyományos üzemanyagokkal működhet, úgy mint benzin, gázolaj, bután, propán, GPL vagy más gáz, de működtethető kémiai reakcióból származó, vagy elektromos energiával is.

Szakember kiszámíthatja a munkavégzéssel járó tágulási rendszerbe vezetett nagyon nagy nyomású levegő szükséges mennyiségét valamint azt, hogy más jellemzői és térfogata figyelemmel az előmelegítés teljesítményére munkavégzéssel párosuló tágulásra legyen alkalmas, a választott végső felhasználási nyomását, és a motor használatának függvényében a lehetséges legalacsonyabb hőmérsékletét. A felhasznált, visszanyert, újra felmelegített sűrített levegő mennyiségét minden időpontban egy elektronikus rendszer optimalizálja. Szakember minden ismert elv alapján, és minden módszerrel méretezheti az előmelegítő szerkezetet, kiszámíthatja jellemzőit, anélkül, hogy a találmány szerinti eljárást megváltoztatná.

Egy előnyös megvalósítási mód használata során az előmelegítő szerkezetet, amelyet nagy nyomású tárolótartályból származó, a környezet hőenergiáját visszanyerő rendszeren átvezetett, vagy anélküli sűrített levegő felmelegítésére használunk a két, fentiekben leírt megoldás együttes vagy egymástól független alkalmazásával, azaz közvetlenül a tároló tartályból, vagy hőenergiát visszanyerő szerkezeten keresztül a motor szívó és sürítő kamrájából nyert és oda visszavezetett sűrített levegő felmelegítésére is használjuk, megnövelve így nyomását és/vagy térfogatát mielőtt azt az égető és/vagy tágulási kamrába visszajuttatnánk, hogy az ott lévő gáz nyomását idézzük elő a tágulási és kipufogó hengerben történő tágulás létrejötte előtt, ami a motor forgását okozza.

A sűrített levegő, amelyet az előmelegítőbe vezetünk, tároló tartályból, a külső környezetből energiát nyerő szerkezetből, vagy a szívó és sűrítő kamrából származik külön-külön, vagy azok keverésével, amikor mennyiségeik arányát a használati feltételek határozzák meg.

A találmány más jellemzői, előnyei az alábbi, más előnyös megvalósítási módokat nem korlátozó, és a mellékelt ábrákra vonatkozó leírásból tűnnek ki, ahol az

1. ábra egy előmelegítő szerkezettel felszerelt környezetkímélő motor vázlatos keresztmetszete, a

2. ábra egy előmelegítő szerkezettel felszerelt, a környezetből hőenergiát visszanyerő, környezetkímélő motor keresztmetszete, a

3. ábra a szívó és sűrítő kamra által összenyomott levegő vezetékére szerelt elömelegítövel felszerelt motor vázlata, a

4. ábra az előző három megoldás összekapcsolását mutatja.

Az 1. ábra vázlatosan, keresztmetszetben mutat egy környezetkímélő motort és annak sűrített levegő ellátó rendszerét, amely magába foglal 1 szívó és sűrítő kamrát, egy állandó térfogatú 2 égető vagy expanziós kamrát, amelybe egy nagy nyomású 23 tartályban tárolt sűrített levegőt nyomó 22 sűrített levegő fúvóka van beszerelve, és 4 táguló és kipufogó kamrát. Az 1 szívó és sűrítő kamrát és a 2 égető vagy expanziós kamrát 5 vezeték köti össze, amelynek a nyitását és zárását egy szigetelt 6 szelep végzi. A 2 égető vagy expanziós kamrát és a 4 táguló és kipufogó kamrát 7 továbbító vezeték köti össze, amelynek a nyitását és zárását egy szigetelt 8 szelep vezérli. Az 1 szívó és sűrítő kamrát 13 adagoló vezeték látja el levegővel, amelynek a nyitását egy olyan 14 szelep vezérli amelynek a bemenetéhez egy a levegőt tisztító 24 szénszűrő van szerelve.

Az 1 szívó és sűrítő kamra úgy működik mint egy dugattyús kompresszor, amelyben egy 10 hengerben csúszó 9 dugattyút 11 hajtókar és 12 főtengely vezérel. A 4 táguló és kipufogó kamra egy hagyományos dugattyús motorszerkezetet hajt, amelyben egy 16 hengerben mozgó 15 dugattyú 17 hajtókar közbeiktatásával 18 főtengelyt mozgat. A kitágult levegő távozása 19 kipufogó vezeték útján történik, amelynek a vezérlését szelep végzi. Az 1 szívó és sürítő kamra 12 főtengelyét 21 mechanikus kapcsolat útján a 4 táguló és kipufogó kamra 18 főtengelye forgatja.

A találmány szerint a nagynyomású 23 tartály és egy hozzávetőlegesen állandó, végleges felhasználási nyomáson működő 43 kiegyenlítő tartály közé 37A vezetéken 56 előmelegítő szerkezet van kiképezve, amelyben a 23 tartályból származó (az F nyilak iránya szerint), 58 csőkígyón áthaladó sürített levegő hőmérsékletét és ezáltal nyomását és/vagy térfogatát jelentősen megnövelő 57 égők vannak, és ezzel jelentősen megnöveljük a motor teljesítményét.

A 2. ábra szerinti motor fel van szerelve egy a környezeti hőenergiát felhasználó szerkezettel, amelyben a 23 tartályban tárolt nagy nyomású sürített levegő tágulása és munkavégzése 18 főtengellyel közvetlenül kapcsolatban lévő 53 hajtókarral és 54 dugattyúval van megvalósítva. Ez az 54 dugattyú egy 55 hengerben mozog és egy dolgozó 35 kamrát különít el amelybe egyrészt 37 nagynyomású légvezeték torkollik amelynek a nyitását és zárását 38 elektromos szelep végzi, és amelyből másrészt egy 39 kifúvó vezeték indul ki egy levegő-levegő höcserélőhöz, például 41 hűtőhöz kapcsolódva, amely maga 42A vezeték közbeiktatásával egy hozzávetőlegesen állandó, felhasználási nyomáson működő 43 kiegyenlítő tartályhoz van kapcsolva. A működés során, amikor az 54 dugattyú felső holtpontján van, a 38 elektromos szelep nyitva van, majd bezár abból a célból, hogy a nagyon nagy nyomású sűrített levegő kitágulva visszanyomhassa az 54 dugattyút alsó holtpontjára, miközben az a 18 főtengelyt hajtja 53 hajtókar közbeiktatásával. Az 54 dugattyú visszaemelkedésekor a 40 elektromos szelep kinyílik, és a dolgozó kamrában lévő, kiterjedt és nagyon alacsony hőmérsékletű sürített levegő a levegő-levegő hőcserélőbe, például 41 hűtőbe távozik. Ez a levegő így ismét felmelegszik a környezeti hőmérséklethez közeli értékre és megnövekszik a térfogata a 43 kiegyenlítő tartályba jutva, valamint egy nem elhanyagolható mennyiségű energiát nyerve az atmoszférából.

A találmány szerint a 41 hűtő és 43 kiegyenlítő tartály közé 42 vezetéken 56 előmelegítő szerkezet van kiképezve, amelyben a 41 hűtőből származó (az F nyilak iránya szerint), 58 csőkígyón áthaladó sűrített levegő hőmérsékletét és ezáltal nyomását és/vagy térfogatát jelentősen megnövelő 57 égők vannak.

A találmány egy további előnyös, a 3. ábra szerinti megvalósítási módjában az 56 előmelegítő az 1 szívó és sürítő kamrából kiinduló, és a 9 dugattyú által a sűrített levegő egy részét az 56 előmelegítő felé szállító (az F nyilak iránya szerint) elkerülő vezetéken van elrendezve, amelyben a sürített levegőt, 58 csőkígyón való áthaladása során 57 égőkkel melegítjük fel, megnövelve nyomását és/vagy térfogatát, mielőtt 43 kiegyenlítő tartályba vezetjük és 22 sürített levegő fúvókával a 2 égető vagy expanziós kamrába juttatjuk.

A 4. ábra vázlatosan mutatja az 1., 2., és 3., ábrák szerint leírt három szerkezet egyesített változatát, mint a találmány egy további előnyös megvalósítási formáját, amelyben az 56 előmelegítő 57 égői egyidejűleg melegítik fel 58 csőkígyóban az 1 szívó és sürítő kamrából a 9 dugattyú által szállított sürített levegő egy részét, mielőtt azt 43 kiegyenlítő tartályba juttatjuk, és a környezeti hőenergiát nyerő szerkezeten a 41 hűtőn át a tároló tartályból származó sűrített levegőt.

Az 56 előmelegítőbe a 23 tartályból 37A vezetéken át, a környezeti hőenergiát nyerő szerkezetből, a 41 hűtőből egy másik 42 vezetéken keresztül, míg az 1 szívó és sürítő kamrából egy harmadik 42A vezetéken érkezik a sűrített levegő, és mind a három vezetéken szabályozható 59, 59A, 59B szelep van, amelyekkel a különböző irányokból érkező sürített levegő arányát lehet meghatározni és a használati feltételek szerint felmelegíteni.

Az így felszerelt járműben az energiaszükséglettől függően a csőkígyón áthaladó sűrített levegő többé kevésbé való felmelegítését, a szelepeket, az égők begyújtását, és égésük erősségének beállítását szabályozó rendszer van kialakítva.

Az 56 előmelegítő és a 22 sűrített levegő fúvóka közé szerelt 43 kiegyenlítő tartályon 43A hőszigetelő réteg van, amely erre a célra alkalmas, ismert anyagból van kiképezve, hogy az 56 előmelegítőben felmelegített sűrített levegő megtartsa felvett hőenergiáját, mielőtt az égető kamrába juttatjuk. Szakember képes a 43 kiegyenlítő tartály térfogatát és a hőszigetelő anyagot megválasztani, ugyanakkor az

:..

····· · · · • ···· ·· » ·· alkalmazott csatornákat és vezetékeket is hőszigetelhetjük, anélkül, hogy ezzel a fentiekben leírt találmányt megváltoztatnánk.

Magától értetődően a találmány nem korlátozódik a leírt és bemutatott megoldási módra, szakember számára más nyilvánvaló változatokra is vonatkozik, anélkül, hogy a találmányi gondolatot megváltoztatná.

Claims (24)

1. Szabadalmi igénypontok

   1 ., Kiegészítő előmelegítő eljárás az égető, tágulási kamrába hozzáadott levegő befecskendezéssel ellátott környezetkímélő motorral felszerelt járműhöz, amelynek nagynyomású sürített levegőt tároló tartálya van, az zal jellemezve, hogy egy nagy nyomású tárolótartályban lévő sürített levegőt végleges felhasználása előtt, alacsony nyomáson egy előmelegítő szerkezetbe vezetjük, és az égető, tágulási kamrába juttatása előtt megnöveljük nyomását és/vagy térfogatát.
2. 2 ., Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy nagy nyomású tárolótartályban lévő sürített levegőt az előmelegítőbe való alacsony nyomáson történő vezetése előtt egy változó térfogatú rendszerben, például dugattyúval felszerelt hengerben kiterjesztjük, egy az előbbihez közeli alacsony nyomásra, melynek során munkát végez, lehűl, majd az így kiterjedt, alacsony hőmérsékletű sűrített levegőt az előmelegítöbe vezetjük, felmelegítjük, így felemeljük nyomását és/vagy térfogatát a környezeti hőenergia bevitelével.
3. 3 ., Kiegészítő előmelegítő eljárás az égető, tágulási kamrába hozzáadott levegő befecskendezéssel ellátott környezetkímélő motorral felszerelt járműhöz, amelynek nagynyomású sürített levegőt tároló tartálya van, az zal jellemezve, hogy a sürített levegőt a szívó, sűrítő kamrából, a sűrítés végén egy előmelegítőbe vezetjük, és az égető, tágulási kamrába juttatása előtt megnöveljük nyomását és/vagy térfogatát.
4. 4 ., Az 1,- 3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az előmelegítőbe juttatott sürített levegő a tároló tartályból, a környezeti hőenergiát visszanyerő szerkezetből, és a szívó, sűrítő kamrából származik külön-külön, vagy a használati feltételek által meghatározott arányban keverve.
5. 5 ., Az 1. igénypont szerinti eljárást megvalósító szerkezet, azzal jellemezve, hogy egy üzemanyaggal táplált égőből (57) és hőcserélő csőkígyóból (58) álló előmelegítő (56) van egy tároló tartály (23) és egy sürített levegő fúvóka (22) között elrendezve, az égő (57) felmelegíti a tároló tartályból származó levegőt a csőkígyón (58) való áthaladása során, megnöveli nyomását és/vagy térfogatát a égető vagy expanziós kamrába (2) való befecskendezése előtt, és hogy egy szabályozó kiegyenlítő tartály (43) van az előmelegítő és a sürített levegő fúvóka (22) közé szerelve, amely kiküszöböli az említett befecskendezés előtti adagolást.
6. 6 ., Az 5. igénypont szerinti szerkezet azzal jellemezve, hogy az előmelegítő (56) a környezeti hőenergiát nyerő levegő levegő hőcserélő hűtő (41) és egy kiegyenlítő tartály (43) között van vezetéken (42) kiképezve.
7. 7 ., Az 5. igénypont szerinti szerkezet azzal jellemezve, hogy az előmelegítő (56) a motor szívó és sürítő kamrája (1) és a kiegyenlítő tartály (43) között egy elkerülő, az átengedett mennyiséget szabályozó, és a sűrített levegőt a sűrítés végén átengedő, és az égető vagy tágulási kamrába való bejuttatása előtt nyomását és/vagy térfogatát megnövelő előmelegítő szerkezethez vezető szeleppel (59) felszerelt vezetéken (42) van kiképezve.
8. 8 ., Az 5. igénypont szerinti szerkezet azzal jellemezve, hogy az elömelegítöhöz (56) tartályból (23) vezeték (34A), a környezeti hőenergiát nyerő szerkezetet képező hűtőből (41) egy másik vezeték (42), és a szívó és sűrítő kamrából (1) egy harmadik vezeték (42A) juttatja a sűrített levegőt, és hogy mindegyik vezetékben szabályozó szelep (59, 59A, 59B) van, amelyekkel a használati feltételeknek megfelelően szabályozzuk a különböző helyekről érkező sűrített levegő arányát.
9. 9 ., Az 5. igénypont szerinti szerkezet azzal jellemezve, hogy az előmelegítő (56) és a sűrített levegő fúvóka (22) között lévő kiegyenlítő tartály (43) az előmelegítöben felvett hőmennyiséget megtartó hőszigetelő réteggel (43A) van felszerelve.

   A meghatalmazott:

   ADVOPATENT SZABADALMI ÉS VÉDJEGY IRODA WEHNER PÉTER —ImAihni tgyvivó

   Hivatkozási jelek jegyzéke

   1 szívó és sűrítő kamra

   2 égető vagy expanziós kamra

   4 táguló és kipufogó kamra

   5 vezeték

   6 szelep

   7 továbbító vezeték

   8 szelep

   9 dugattyú
10. 10 henger
11. 11 hajtókar
12. 12 főtengely
13. 13 adagoló vezeték
14. 14 szelep
15. 15 dugattyú
16. 16 henger
17. 17 hajtókar
18. 1 8 főtengely
19. 19 kipufogó vezeték
20. 20 szelep
21. 21 mechanikus kapcsolat
22. 22 sűrített levegő fúvóka
23. 23 tartály
24. 24 szénszűrő

    35 kamra

    37 nagynyomású légvezeték

    37A vezeték

    38 elektromos szelep

    39 kifúvó vezeték

    40 elektromos szelep

    41 hűtő

    42 vezeték

    42A vezeték

    43 kiegyenlítő tartály 43A hőszigetelő réteg 53 hajtókar

    54 dugattyú

    55 henger

    56 előmelegítő

    57 égő

    58 csőkígyó

    59 szelep

    59A szelep

    59B szelep