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Die Erfindung bezieht sich auf eine Heiss- bzw. Druckgasmaschine mit offenem Kreislauf mit wenigstens zwei trochoidalen Zylindern, welche je einen polygonalen Drehkolben enthalten, wobei der erste bzw. jeder nachfolgende Zylinder und der erste bzw. jeder nachfolgende Drehkolben grösser als der diesem Zylinder und Drehkolben vorangehende Zylinder ist, welche Zylinder durch zwei Kanäle miteinander verbunden sind, wobei durch den einen Kanal Verbrennungsgase des vorangehenden Zylinders in den ersten, bzw. nachfolgenden Zylinder hineinströmen und durch den andern Kanal komprimierte Luft vom ersten, bzw. dem nachfolgenden Zylinder in den zweiten bzw. in den vorangehenden Zylinder hineinströmt, wobei der grösste Zylinder eine Ansaugöffnung für frische Luft und eine Auslassöffnung für die expandierten Verbrennungsgase aufweist.
Aus der DE-AS 1301611 ist eine Verbundkreiskolben-Brennkraftmaschine bekannt, mit der bezweckt wird, den Kompressionsdruck derart zu steigern, dass die Kompressionstemperatur so hoch wird, dass das Dieselverfahren in Kreiskolben-Brennkraftmaschinen ermöglicht wird. Es werden dabei solche zusätzliche Massnahmen getroffen, dass die Maschine gegen eine zu hohe thermische Belastung gesichert ist. Weiter ist aus der DE-AS 1301610 ebenfalls eine solche nach dem Dieselverfahren arbeitende Kreiskolben-Brennkraftmaschine bekannt, wofür dasselbe wie für die DE-AS 1301611 gilt.
Die erfindungsgemässe Heiss- bzw. Druckgasmaschine unterscheidet sich von diesen bekannten Maschinen dadurch, dass die Heiss- bzw. Druckgasmaschine mit einer äusseren Verbrennungsvorrichtung versehen ist, wobei der kleinste Zylinder das Steuerorgan der Maschine ist, die Einlassöffnung dieses Zylinders in offener Verbindung mit der Auslassöffnung für die Verbrennungsgase der Verbrennungsvorrichtung steht und die Auslassöffnung für komprimierte Luft dieses Zylinders über eine Abschlusseinrichtung mit der Verbrennungsvorrichtung verbunden ist.
Dadurch, dass die Verbrennung des Brennstoffs wie bei den obengenannten bekannten Maschinen nicht innerhalb der Maschinen, sondern ausserhalb dieser Maschine in einem separaten Verbrennungsraum erfolgt, kann die Verbrennung vollständig oder nahezu vollständig sein, so dass keine unvollständig verbrannten Verbrennungsgase ausgepufft werden und die erfindungsgemässe Maschine bei niedrigeren Temperaturen besser als die bekannten Maschinen arbeitet. Die Steuerung der erfindungsgemässen Maschine ist besonders einfach, da das Steuerorgan der kleinste Zylinder der Maschine ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass nur Ventile in den Leitungen oder Kanälen angeordnet sind, durch welche Luft hindurchströmt, so dass keine Massnahmen erforderlich sind, um diese Ventile zu kühlen.
Es wird bemerkt, dass aus der DE-OS 2051862 an sich bekannt ist, eine Heiss- bzw. Druckgasmaschine mit offenem Kreislauf mit einer äusseren Verbrennungsvorrichtung zu versehen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Heiss- bzw. Druckgasmaschine wird dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal für die von dem kleinsten Zylinder nachgeschalteten Zylindern komprimierte Luft durch eine mit einem Rückschlagventil versehene Leitung mit einer Kühlvorrichtung verbunden ist, welche Kühlvorrichtung je durch eine Leitung mit Kanälen der Luftkompressionsräume der vorgeschalteten Zylinder verbunden ist. Durch diese Zwischenkühlung der Luft wird die Leistung der Maschine nicht nachteilig beeinflusst, während das Arbeitsdiagramm viel voller ist, so dass eine hohe Leistung gegeben ist.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Heiss- bzw. Druckgasmaschine an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen : Fig. l einen Querschnitt einer Heiss- bzw.
Druckgasmaschine mit zwei funktionell hintereinander geschalteten Maschineneinheiten, Fig. 2 einen Querschnitt einer Heiss- bzw. Druckgasmaschine mit drei funktionell hintereinandergeschalteten Maschineneinheiten, Fig. 3 eine Seitenansicht von rechts in Fig. 2 dieser Mehrstufenausführung.
Die in Fig. 1 dargestellte Heiss- bzw. Druckgasmaschine hat ein Gehäuse --1--, in dem sich ein dreikantiger epizykloidaler Kolben --2-- in der Drehrichtung eines Uhrzeigers drehen kann. Das Gehäuse
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eine Luftauslassöffnung --5-- für die durch den rotierenden Kolben --2-- in einer Kammer --6-- des Gehäuses --1-- komprimierte Luft und eine Einlassöffnung oder einen Einlasskanal --7-- für die Zufuhr von heissen Verbrennungsgasen unter Druck zu einer Kammer --8--, in der diese Verbrennungsgase expandieren. Die Auslassöffnung --5-- und die Einlassöffnung --7-- sind durch einen Teil --9-voneinander getrennt, gegen den der Kolben --2-- abdichtend anliegt.
Die Auslassöffnung --5-- und die Einlassöffnung --7-- werden durch eine als Steuerorgan dienende Maschineneinheit --10-- gesteuert, die mit einem epizykloidalen Drehkolben --11-- ausgebildet ist und
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dessen Gehäuse ein Ganzes mit dem Gehäuse-l-der Heiss-bzw. Druckgasmaschine bildet. In einer Trennwand --12--, die den Drehkolbenraum der Maschine vom Drehkolbenraum des Steuerorgans --10--
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nicht dargestellten Verbrennungsvorrichtung kommen, welche Einlassöffnung in offener Verbindung mit dieser Verbrennungsvorrichtung steht. Diese Verbrennungsvorrichtung, die selbst kein Teil der Erfindung ist, kann von dem in der AT-PS Nr. 324047 beschriebenen Typ sein.
Weiterhin weist das
Gehäuse --1-- eine Luftauslassöffnung --14-- auf, die über ein nicht dargestelltes Verschlussorgan, vorzugsweise ein Rückschlagventil, mit der Verbrennungsvorrichtung in Verbindung steht.
Die oben beschriebene Maschine wirkt als folgt :
Die in der nicht dargestellten Verbrennungsvorrichtung mit dem erwünschten Druck gebildeten Verbrennungsgase kommen durch die Öffnung --13-- in das Bedienungsorgan --10-- und werden durch dessen Drehkolben --11-- über die Einlassöffnung --7-- in der Trennwand --12-- in einen durch den Drehkolben --2-- und das Gehäuse --1-- gebildeten Expansionsraum --8-- transportiert, in welchem Raum diese Verbrennungsgase expandieren und den Drehkolben --2-- antreiben. Wenn der Drehkolben --2-- so weit gedreht ist, dass der Auslass --4-- mit der Aussenluft in Verbindung kommt, entweichen die expandierten Verbrennungsgase in die Aussenluft.
Inzwischen ist der Drehkolben --2-- so weit gedreht, dass die Lufteinlassöffnung --3-- freigegeben ist und der Raum --6--, der während des Drehens immer grösser wird, sich mit Luft gefüllt hat. Wenn sich der Drehkolben --2-- weiter dreht, wird die Lufteinlassöffnung --3-- geschlossen, wonach die im Raum --6-- befindliche Luft komprimiert wird bis die Luftauslassöffnung --5-- freigegeben wird und die im Raum --6-- komprimierte Luft in einem Raum zwischen dem Drehkolben --11-- und dem Gehäuse --1-- des Steuerorgans --10-- strömt. Der Raum --6-wird dabei fortwährend verkleinert und die darin vorhandene Luft wird dabei zusammengepresst, wobei diese Luft sich vor dem Drehkolben --2-- versetzt.
Der Drehkolben --11-- versetzt sich dabei über den gleichen Winkel wie der Drehkolben --2-- in derselben Drehrichtung, wodurch zwischen dem Drehkolben - und dem Gehäuse des Steuerorgans --10-- ein Raum gebildet wird, in dem die komprimierte Luft über die Luftauslassöffnung --5-- durch den Drehkolben --2-- getrieben wird. Wenn sich der Drehkolben --11-- so weit gedreht hat, dass die Luftauslassöffnung --14-- freigegeben wird, wird diese Luft durch den Drehkolben --11-- in die Verbrennungsvorrichtung getrieben.
Inzwischen ist aber bereits eine zweite Menge Verbrennungsgase dem Drehkolben --2-- zugeführt, expandiert und der Aussenluft abgegeben, während eine zweite Luftmenge zusammengepresst wird und eine dritte Menge Verbrennungsgase über die Einlassöffnung --7-- durch den Drehkolben --11-- des Steuerorgans --10-- in einen Raum zwischen dem Drehkolben --2-- und dem Gehäuse --1-- gedrückt wird. Der obenbeschriebene Zyklus wiederholt sich bei jeder Umdrehung der Drehkolben --2 und 11-- also dreimal.
Die in Fig. 2 dargestellte Heiss- bzw. Druckgsamaschine enthält drei Maschineneinheiten, die je einen Gehäusemantel --15, 25, 32-- mit epitrochoidaler Innenwand und je einen darin mit Schlupfeingriff umlaufenden dreikantigen Drehkolben --44, 41, 38-- aufweisen. Im Gehäusemantel --15-- der grössten Maschineneinheit ist ein ventilloser Frischluftkanal --16-- vorgesehen, der in eine Kompressionskammer - ausmündet, in welcher die angesaugte Verbrennungsluft einer ersten Kompression unterworfen wird.
Die vorverdichtete Verbrennungsluft strömt durch einen mit einem Rückschlagventil --18-versehenen Luftkanal --19-- und durch eine Leitung --20-- in einen ersten Zwischenkühler --21--. Aus diesem Zwischenkühler strömt die abgekühlte Druckluft durch eine Leitung --22-- über einen ventillosen Lufteinlasskanal --23-- in eine Kompressionskammer --24-- im Mantelgehäuse --25-- der zweiten Maschineneinheit und wird in dieser Kammer weiter verdichtet.
Diese Druckluft strömt durch einen ein Rückschlagventil --26-- enthaltenden Luftkanal --27-- des zweiten Mantelgehäuses --25-- über eine Leitung --28-- zu einem zweiten Zwischenkühler --29--, aus dem sie über eine Leitung --30-- und einen Lufteinlasskanal --31-- in eine Kompressionskammer --33-- der kleinsten Maschineneinheit einströmt und in dieser nochmals weiter verdichtet wird. Die mehrstufig komprimierte Druckluft gelangt durch einen mit einem Rückschlagventil --34-- versehenen Luftauslasskanal --35-- zu einer nicht dargestellten Verbrennungseinrichtung.
Die Kühlvorrichtungen --21 und 29-- sind vorzugsweise derart ausgeführt, dass deren Kühlintensität dem Kompressionsgrad im vorgeschalteten Zylinder entspricht.
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Die Verbrennungsgase aus dieser Verbrennungseinrichtung strömen durch einen ventillosen
Verbrennungskanal --36-- in eine Expansionskammer-37-des Mantelgehäuses-32-und treiben den dreikantigen Drehkolben --38-- dieser Maschineneinheit an. Ein ventilloser Gasauslasskanal --39-- führt zu einer Expansionskammer-40-im Mantelgehäuse-25-- der zweiten Maschineneinheit, in welcher die
Verbrennungsgase weiter expandieren und dabei ihren Drehkolben --41-- entgegen der Drehrichtung des Kolbens --38-- der kleinsten Maschineneinheit antreiben.
Die Expansionskammer der mittleren Maschinen- einheit ist über einen Gaskanal --42-- mit einer Expansionskammer --43-- im Mantelgehäuse --15-- der dritten Maschineneinheit verbunden. Die in dieser Expansionskammer --43-- weiter expandierenden
Verbrennungsgase treiben den Drehkolben --44-- in gleicher Drehrichtung wie den Kolben --38-- der kleinsten Maschineneinheit an. Im Mantelgehäuse --15-- der grössten Maschineneinheit ist ein ventilloser Auslasskanal --45-- vorgesehen, durch welchen die Verbrennungsgase in die Atmosphäre abströmen.
Bei der beschriebenen Ausführung wirkt die kleinste Maschineneinheit ebenfalls zugleich als
Steuervorrichtung, wobei der Zwischenkühler --29-- weggelassen werden kann, falls in dieser
Maschineneinheit keine Nutzleistung erzeugt wird. Für diesen Fall weist die Brennkraftmaschine nur zwei
Maschineneinheiten auf, wobei die als Steuervorrichtung dienende dritte Maschineneinheit ebenfalls als
Kreiskolbenmaschine mit in einem epitrochoidalen Raum umlaufenden dreieckigen Steuerkolben ausgebildet ist.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführung beschränkt. So ist es z. B. möglich, durch den Frischluftkanal --16-- der grössten Maschineneinheit bereits komprimierte Luft zuzuführen. Zum
Anlaufen kann ein normaler Startmotor oder ein Druckluftspeicher verwendet werden. Statt der Rückschlagventile können auch gesteuerte Ventile vorgesehen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Heiss- bzw. Druckgasmaschine mit offenem Kreislauf mit wenigstens zwei trochoidalen Zylindern, welche je einen polygonalen Drehkolben enthalten, wobei der erste bzw. jeder nachfolgende Zylinder und der erste bzw. jeder nachfolgende Drehkolben grösser als der diesem Zylinder und Drehkolben vorangehende Zylinder ist, welche Zylinder durch zwei Kanäle miteinander verbunden sind, wobei durch den einen Kanal Verbrennungsgase des vorangehenden Zylinders in den ersten, bzw. nachfolgenden
Zylinder hineinströmen und durch den andern Kanal komprimierte Luft vom ersten, bzw. dem nach- folgenden Zylinder in den zweiten, bzw. in den vorangehenden Zylinder hineinströmt, wobei der grösste
Zylinder eine Ansaugöffnung für frische Luft und eine Auslassöffnung für die expandierten Verbren-
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bzw.
Druckgasmaschinemit einer äusseren Verbrennungsvorrichtung versehen ist, wobei der kleinste Zylinder (10 ; 32) das
Steuerorgan der Maschine ist, die Einlassöffnung (13 ; 36) dieses Zylinders in offener Verbindung mit der
Auslassöffnung für die Verbrennungsgase der Verbrennungsvorrichtung steht und die Auslassöffnung (14 ; 35) für komprimierte Luft dieses Zylinders (10 ; 32) über eine Abschlusseinrichtung (34) der Ver- brennungsvorrichtung verbunden ist.
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