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Vorrichtung zum Betrieb von Arbeitszy1ind !'rn mit verdichteter Luft.
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der Luft und deren nachfolgende Erwärmung vor dem Eintritt in den Arbeitszylinder getrieben werden.
Bei den bisherigen Konstruktionen von Heissluftmotoren, soweit diese besondere Steuerungsorgane besitzen und die verdichtete Luft durch beheizte Wände erwärmt wird, ist die höchste Eintrittstemperatur der Luft in den Arbeitszylinder durch die höchste zulässige Betriebstemperatur des Einströmsteuerorgans begrenzt. Bei der vorliegenden Konstruktion wird die in den Arbeitszylinder einströmende Luft in einem zwischen dem Einströmorgan und der Einströmöffnung des Zylinders gelegenen Erhitzer über die höchste Betriebstemperatur des Einströmorgans erwärmt. Derartige Anordnungen sind für Heissdampfkraftmaschinen bereits bekannt.
Diese bekannten Konstruktionen lassen jedoch die bei Kolbenkraftmaschine für die Minderung der Einströmverluste geltende Forderung nach einer Begrenzung des schädlichen Raumes, zu dem auch das Durehströmvolumen des Erhitzers zählt, unberücksichtigt.
Im vorliegenden Fall ermöglicht die höhere Eintrittstemperatur die Anwendung höherer Luftverdichtung.
Letztere hat einen rascheren Wärmeübergang im Erhitzer zur Folge, dessen Durehströmvolumen daher verkleinert werden kann. Das kleinere spezifische Volumen der höher verdichteten Luft gestattet bei gleichbleibenden spezifischen Strömungsverlusten im Erhitzer eine Erhöhung der Durchströmgeschwindigkeit, wodurch der Wärmeübergang ebenfalls beschleunigt wird.
Die durch das Einsaugventil.. 1 (Fig. 1) in den Kompressorzylinder B (Fig. 1) gelangende Luft wird in diesem beim Abwärtsgang des Differentialkolbens C (Fig. 1) verdichtet und gelangt durch das Druckventil D (Fig. 1) in den Ölabscheider. E (Fig. 1) und weiter in den Vorwärmer F (Fig. 1). Nach Durchströmen des Vorwärmers gelangt die verdichtete Luft zu dem die Einströmung in den Arbeitszylinder G (Fig. 1) steuernden Einströmorgan H (Fig. 1). Im Vorwärmer wird die verdichtete Luft auf eine Temperatur erwärmt, die noch einen andauernd guten Betrieb des Einströmorgans H (Fig. 1) gewährleistet.
Nach Durchströmen des beim Arbeitshub des Kolbens C (Fig. 1) geöffneten Einlassorgans H (Fig. 1) gelangt die verdichtete, vorgewärmte Luft nicht sofort in den Arbeitszylinder G (Fig. 1), sondern durchströmt einen zwischen dem Einströmorgan 11 (Fig. 1) und den Einströmöffnungen des Arbeitszylinders G (Fig. 1) angeordneten und von den Feuerzügen jKi, K2 usw. (Fig. 1) beheizten Erhitzer L (Fig. 1) und erhält durch die Aufnahme der Wärme aus den Erhitzerwänden die für die Ein- strömung in den Arbeitszylinder G (Fig. 1) massgebende die einen von der zulässigen höchsten Betriebstemperatur des Einströmorgans H (Fig. 1) unabhängigen Wert erreichen kann.
Das Durchströmvolumen des Erhitzers L (Fit. 1) zählt zum schädlichen Raum der Einströmung. Der Wämeübergang von den Wänden des Erhitzers L (Fig. 1) an die durehströmende Luft wird durch die Wahl einer höheren Strömungsgeschwindigkeit und einer höheren Luftverdichtung begünstigt. Dadurch sowie durch eine besondere Formgebung der Kanäle des Erhitzers L (Fig. 1), so dass bei gegebenem Durehströmquerschnitt die von der verdichteten Luft berührte Oberfläche möglichst gross ist, kann das Durehströmvolumen des Erhitzers L (Fig. 1) und damit auch der schädliche Raum der Einströmung in solchen Grenzen gehalten werden, dass das Diagramm des Arbeitszylinders ss (Fig.
1) eine genügend kurze Expansionslinie erhält und auch der für einen verlustfreien Beginn der Einströmung erforderliche Verlauf der Kompressionlinie des Arbeitszylinders G (Fig. 1) keine übermässige Kompressionsarbeit beinhaltet.
Die Beheizung des Erhitzers L (Fig. 1) ist dem jeweiligen Bedarf für die Erwärmung der durchströmenden, verdichteten Luft anzupassen, um einer Beschädigung der Erhitzerwände durch gelegent-
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liehe übermässige Erwärmung vorzubeugen. Für die selbsttätige Regulierung der Heizung kann der Umstand Verwendung finden, dass bei einem gegebenen Expansionsverhältnis im Arbeitszylinder G (Fig. 1) bereits auch das Verhältnis der Temperatur der in den Arbeitszylinder einströmenden, verdichteten Luft zur Temperatur der nach erfolgtem Arbeitshub aus dem Arbeitszylinder durch das Ausströmsteuerorgan M (Fig. 1) ausströmenden Luft festgelegt ist.
Ein unmittelbar nach dem Ausströmsteuerorgan M (Fig. 1) angeordnetes, temperaturabhängiges Regulierorgan N (Fig. 1) wird von der ausströmenden Luft auf die erwärmt und der Heizung des Erhitzers so, dass die der beiM (Fig. 1) ausströmenden Luft von der sekund- lich ausströmenden Luftmenge auf einem bestimmten Wert erhalten wird. Bei unveränderlichem Expansionsgrad im Arbeitszylinder G (Fig. 1) ergibt sich daraus eine gleichbleibende Einströmtemperatur der verdichteten Luft in den Arbeitszylinder. Letzteres bedingt ein annäherndes Gleichbleiben der Temperatur der Wände des Erhitzers L (Fig. 1). Die beschriebene Heizungsregulierung ermöglicht somit die annähernde Gleichhaltung der Temperatur der Erhitzerwände bei verschiedenen Belastungszuständen des Motors.
Bei Betrieb des Motors mit veränderlichem Expansionsverhältnis im Arbeitszylinder ist zum gleichen Zwecke gleichzeitig mit der Änderung des Expansionsgrades die Einstelltemperatur des temperaturabhängigen Regulierelementes auf die beim jeweiligen Expansionsgrad sich ergebende Expansionsendtemperatur der Luft einzustellen.
Der Arbeitszylinder C (Fig. 1) ist die nicht gekühlte Fortsetzung des mit einem Kühlmantel R (Fig. 1) versehenen Kompressorzylinders B (Fig. 1).'Im Arbeitszylinder bewegt sich mit engem Zwischenraum der die hohen Temperaturen führende zylindrische Kolbenaufsatz P (Fig. 1) des Differentialkolbens C (Fig. 1).
Der Boden des Differentialkolbens C (Fig. 1) und der anschliessende Teil des Kolbenaufsatzes P (Fig. 1) sind durch einen wärmeisolierenden Belag Q (Fig. 1) gegen die Wärmestrahlung vom heissen Boden des Kolbenaufsatzes P (Fig. 1) geschützt.
Die Verwendung der neueren, hitze-und feuerbeständigen Stahlsorten lassen hohe Temperaturen an den Erhitzerwänden und der in den Arbeitszylinder einströmenden, verdichteten Luft zu. Anderseits können damit die Wandstärken des Arbeitszylinders und des Kolbenaufsatzes gering gehalten werden, so dass auch die Wärmeverluste durch Ableitung zu den gekühlten Teilen gering werden.
Der Differentialkolben C* (Fig. 1) gleitet in dem gekühlten und geschmierten Kompressorzylinder B (Fig. 1). Damit das Schmieröl nicht zum heissen Teil des Arbeitszylinders G (Fig. 1) oder des Kolbenaufsatzes P (Fig. 1) gelangen kann, ist der oberste, nächst dem Kolbenaufsatz befindliche Kolbenring S (Fig. 1) als Ölabstreifring ausgebildet, der das Schmieröl von der Zylinderwand in den Raum zwischen Abstreifring und dem nächstgelegenen Kolbendichtungsring T (Fig. 1) streift. Um einen entsprechenden Raum zu schaffen, wird der Kolben zwischen diesen beiden Kolbenringen entweder auf einen etwas kleineren Durchmesser abgedreht oder erhält vielfach angeordnete Sehmierrillen.
Sobald das sich ansammelnde Schmieröl den Zwischenraum zwischen den beiden Kolbenringen ausfüllt, ist der weitere Abstreifvorgang behindert.
Durch den Umgehungskanal U (Fig. 1) wird diesem Öl bei jedem Kolbenhub für kurze Zeit ein Weg in den Kompressorzylinder B (Fig. 1) geöffnet. Die Öffnungen des Kanals U (Fig. 1) sind in der Wand des Kompressorzylinders B (Fig. 1) in einem solehen Abstand voneinander angebracht, dass niemals die Räume auf den beiden Seiten des Differentialkolbens C (Fig. l) direkt verbunden sind, sondern mindestens noch der wenig dichtende Abstreifring dazwischenliegt. Der Umgehungskanal U (Fig. 1) ist in einer solchen Lage am Kompressorzylinder B (Fig. 1) anzubringen, dass vor dem Überfahren der oberen Kanalöffnung durch den Kolbendichtungsring T (Fig. 1) der Druck im Arbeitszylinder G (Fig. 1) noch wesentlich höher ist als der Druck im Kompressorzylinder B (Fig. 1).
Zufolge der minder guten Abdichtung des Abstreifkolbenringes S (Fig. 1) wird dieser Überdruck zum Teil auch in dem Zwischenraum zwischen Abstreifkolbenring S (Fig. 1) und dem Kolbendichtungsring T (Fig. 1) vorhanden sein und das dort angesammelte
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d. i. in den Luftverdichterraum, drücken.
Die Leistungsregulierung des Motors erfolgt mit den bekannten Steuerungseinrichtungen entweder durch Änderung des Füllungsgrades des Arbeitszylinders bei gleichzeitiger Änderung des Lieferungsgrades des Kompressors oder durch Änderung des Verdichtungsgrades des Kompressors bei gleichzeitiger Änderung des Expansionsgrades im Arbeitszylinder.
Die Verwendung der aus dem Arbeitszylinder ausgestossenen, erwärmten Luft für die Feuerung am Erhitzer erhöht den thermischen Wirkungsgrad. Der Vorwärmer F (Fig. 1) wird in bekannter Weise von den Abgasen der Erhitzerfeuerung beheizt.
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