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Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung für eine Expansionsmaschine, welche wenigstens einen Zylinder mit einem Kolben und eine äussere Verbrennungsvorrichtung für den Brennstoff aufweist, die aus einem Gehäuse besteht, das durch eine Zwischenwand in zwei Abteilungen unterteilt ist, wobei in einer dieser Abteilungen wenigstens ein Brenner vorgesehen ist, der in der Zwischenwand befestigt ist und in die zweite Abteilung mündet, welche zweite Abteilung mittels eines Ventils mit der Expansionsmaschine in Verbindung bringbar ist, wobei ferner Brennstoff und Luft unter Druck dem Brenner zuführbar sind.
Eine derartige Antriebsvorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2012931 bekannt. Mit dieser bekannten Antriebsvorrichtung wird bezweckt, einen so hohen Krompressionsdruck mittels eines dazu vorgesehenen Kompressors zu erhalten, dass eine Temperatur über der Zündtemperatur des Brennstoffes erreicht wird. In der gesonderten Verbrennungskammer findet dabei eine Wassereinspritzung statt.
Der Erfindung liegt jedoch die Massnahme zugrunde, eine ununterbrochene Verbrennung in einem genügend grossen Raum zu ermöglichen, derart, dass optimale Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck geschaffen werden, welche für eine möglichst vollkommene Verbrennung des Brennstoffes erforderlich und günstig sind.
Die erfindungsgemässe Antriebsvorrichtung für Expansionsmaschinen ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abteilung der Verbrennungsvorrichtung mit einer Luftzufuhr versehen ist, welche von dem bzw. einem Zylinder der Expansionsmaschine gespeist wird, wobei die Zwischenwand die beiden Abteilungen voneinander trennt, und Luft ausschliesslich durch den Brenner hindurch aus der ersten Abteilung in die zweite Abteilung hineinströmen kann. Es wird dadurch der Vorteil erreicht, dass ein kleineres Kompressionsverhältnis benutzt werden kann, wodurch es möglich ist, niedrige Temperaturen zu benutzen und wodurch auch geringere Kühlverluste auftreten, derart, dass jene Wärme, die durch die geringere Differenz zwischen den höchsten und niedrigsten Temperaturen des Kreislaufes verlorengeht, durch kleinere Kühlverluste zurückgewonnen werden.
Erfindungsgemäss kann in der ersten Abteilung des Gehäuses wenigstens ein Ventilator vorgesehen sein, der die Verbrennungsluft dem oder jedem Brenner zuführt, U. zw. unter einem etwas höheren Druck als der Druck in der ersten Abteilung. Durch diesen Ventilator wird erreicht, dass die dem Brenner zugeführte Luft immer mit einem etwas höheren Druck als in der zweiten Abteilung herrscht, dem Brenner zugeführt wird.
Die beiden Abteilungen können durch wenigstens eine lange, enge Druckausgleichleitung, die zugleich als Wärmeschloss ausgebildet ist, verbunden sein. Diese Leitungen bewirken zwar einen Druckausgleich, jedoch derart, dass keine Verbrennungsgase in die erste Abteilung der Verbrennungsvorrichtung kommen können.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemässe Antriebsvorrichtung mit einem Hilfsbehälter oder einer Hilfsabteilung zur Aufnahme von Pressluft versehen, welcher Hilfsbehälter oder Hilfsabteilung über ein Verschlussorgan mit dem Inneren verbunden ist.
Erfindungsgemäss kann die mit den Luftauslassventilen der Zylinder verbundene Leitung über einen Kompressor mit dem mit der ersten Abteilung verbundenen Hilfsbehälter bzw. der Hilfsabteilung verbunden sein.
Man hat dadurch den Vorteil, dass die Hilfsabteilung kleinere Abmessungen haben kann, da der Druck in diesem Hilfsbehälter bzw. in dieser Hilfsabteilung viel grösser sein kann, als der für die Verbrennungsvorrichtung erforderliche Luftdruck.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, in denen beispielsweise eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung schematisch dargestellt ist, angewandt bei einer Vierzylinderkolbenexpansionsmaschine mit Spülmöglichkeit am Ende des Kolbenhubes. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt dieser Vorrichtung und Fig. 2 ein Arbeitsdiagramm.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält ein Gehäuse --1--, das durch eine Trennwand --2-- in zwei Abteilungen--3 und 4-unterteilt ist. Die Abteilung--3--ist mit einer wärmeisolierenden Bekleidung--5--versehen. In der Zwischenwand --2-- ist ein Brenner--6--angeordnet, der vorteilhaft von dem auf den S. 86 bis 88 der Zeitschrift Business Week vom 22. Januar 1955 beschriebenen und
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zugeführt. Dieser Ventilator trägt auch dafür Sorge, dass der Druck in dem Raum --4-- etwas höher als der Druck im Raum--3--ist.
Der Brenner--6--ist ferner mit einer elektrischen Zündung versehen, der durch eine Leitung--9--
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eine Anzahl Rohre die als Druckausgleichrohre und zugleich als Wärmeschloss ausgebildet sind, miteinander in Verbindung.
Die Abteilung--3--ist durch ein Rohr-12--mit einem für eine Anzahl Zylinder-13gemeinsamen Rohr --14-- verbunden, welches Rohr--14--mit einem gesteuerten Einlassventil-15- von jedem dieser Zylinder durch ein Rohr--16--verbunden ist. Jeder Zylinder --13-- weist ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil --17-- auf, welche Ventile mit einem gemeinsamen Rohr --18-- durch ein Rohr--19-mit der Abteilung --4-- in Verbindung stehen.
In jedem Zylinder --13-- ist ein Kolben--20--vorgesehen. Die Zylinder sind mit Auslassöffnungen --21-- versehen. Die Wirkung der oben beschriebenen Expansionsmaschine wird nachstehend an Hand von
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Fig. 2 für ein mit einer derartigen Expansionsmaschine versehenes Fahrzeug beschrieben werden.
Die Expansionsmaschine wird dabei z. B. durch einen Startelektromotor angetrieben, während, sobald genügende Luftströmung durch den Brenner geht, dieser Brenner angezündet wird, was das Aufdruckbringen beschleunigt und was, nach dem Schneiden der Füllungslinie--e-b--der Zylinder--13--eine derartige Füllung verursacht, dass der Motor aus eigener Kraft zu wirken anfängt, so dass der Startmotor ausgeschaltet werden kann, z. B. in Punkt--a'--. Der Brenner ist derart ausgebildet, dass immer eine vollständige Verbrennung des zugeführten Brennstoffes entsteht. Da die Expansionsmaschine vom Startmotor angetrieben ist,
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wodurch über die Druckausgleichrohre--11-der Druck in der Abteilung --4-- ebenfalls zunimmt.
Dadurch nimmt auch der Druck in den Zylindern--13--zu, z. B. von a'-a", was den Effekt einer grösseren Füllung der Zylinder mit sich bringt, wie mit a"-b"wiedergegeben ist. Dies wird sich bei Vergrösserung der Brennstoffzufuhr zu dem Brenner--6--fortsetzen bis der maximal eingestellte Wert a-b, bei welchem die volle Leistung der Expansionsmaschine erzielt ist, erreicht wird.
Bei--f--wird die oder jede Auslassöffnung--21--jedes Zylinders, dessen'Kolben am Ende seines Arbeitshubes gekommen ist, geöffnet, wodurch die Verbrennungsgase aus diesem Zylinder entweichen können und dieser Zylinder gespült wird. Bei dem zurückgehenden Hub des in diesem Zylinder vorhandenen Kolbens wird die in diesem Zylinder befindliche Luft komprimiert und am Ende seines Hubes durch sein Rückschlagventil-17--und die Rohre-18 und 19--der Abteilung--4--zugeführt.
Bemerkenswert bei dieser Expansionsmaschine ist, dass die Expansionsmaschine nicht von einer bestimmten Tourenzahl abhängig ist, um eine maximale Antriebsleistung zu liefern, da die durch diese Expansionsmaschine gelieferte Leistung ausschliesslich von dem in der Vorrichtung herrschenden Druck abhängt, der durch eine von den Zylindern der Abteilung --4-- zugeführte Luftmenge durch die Brennstoffzufuhr, also durch die Menge Verbrennungsgase, bestimmt wird. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass ein Wechselgetriebe im Prinzip überflüssig ist. Bei Anwendung eines Wechselgetriebes kann die Maschine, wenn diese mit grösserer Tourenzahl läuft, bei niedrigerer Geschwindigkeit des Fahrzeuges eine grössere Antriebskraft auf das Fahrzeug ausüben.
Es ist klar, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht auf die in den Zeichnungen dargestellte und in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, sondern dass diese auf zahlreiche Weisen ausgeführt werden kann, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen. Statt eines Startmotor kann z. B. auch ein mit Druckluft gefüllter Behälter angewandt werden, mit dessen Hilfe beim Anlaufen der Expansionsmaschine Druckluft der Abteilung --4-- zugeführt wird, welcher Behälter während des Funktionierens der Expansionsmaschine bis zum erwünschten oder minimal erforderlichen Druck aufgeladen werden kann.
In der Leitung--19--kann, falls erwünscht, wie mit gestrichelten Linien in Fig. 1 angegeben ist, ein
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ebenfalls mit gestrichelten Linien angegeben ist, ein grösseres Volumen haben, wodurch diese als Zwischendruckgefäss dient.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Antriebsvorrichtung für eine Expansionsmaschine, welche wenigstens einen Zylinder mit einem Kolben und eine äussere Verbrennungsvorrichtung für den Brennstoff aufweist, die aus einem Gehäuse besteht, das durch eine Zwischenwand in zwei Abteilungen unterteilt ist, wobei in einer dieser Abteilungen wenigstens ein Brenner vorgesehen ist, der in der Zwischenwand befestigt ist und in die zweite Abteilung mündet, welche zweite Abteilung mittels eines Ventils mit der Expansionsmaschine in Verbindung bringbar ist, wobei ferner Brennstoff
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Abteilung (4) der Verbrennungsvorrichtung mit einer Luftzufuhr (19) versehen ist, welche von dem bzw.
einem Zylinder (13) der Expansionsmaschine gespeist wird, wobei die Zwischenwand (2) die beiden Abteilungen (3,4) voneinander trennt und Luft ausschliesslich durch den Brenner (6) hindurch aus der ersten Abteilung (4) in die zweite Abteilung hineinströmt.
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