Heissgasmotor mit mehr als einem Arbeitszylinder. Die Erfindung bezieht sich auf einen Heissgasmotor. Unter einem Heissgasmotor ist eine thermodynamische Kraftmaschine zu verstehen, bei der eine Gasmenge einen Kreis prozess durchläuft, wobei für das heisse Gas und das kalte Gas verschiedene Räume vor handen sind. Die Räume werden heisser Raum und kalter Raum genannt.
Die genannten Räume können mit geson derten Erhitzern und Kühlern verbunden sein, aus welchen das Gas nur in diese Räume eingelassen wird. In diesem Fall handelt es sich um einen geschlossenen Kreisprozess.
Der kalte Raum des Motors kann gege benenfalls in periodischer Verbindung mit der Aussenluft stehen; es wird in diesem Fall für jeden Kreisprozess eine frische Luft menge angesaugt. Bei ,solchen Motoren spricht man von einem offenen greisprozess. Sowohl bei Motoren mit offenem als auch bei Motoren mit geschlossenem Kreisprozess besteht zwi schen den Volumenänderungen des heissen und des kalten Raumes ein derartiger Pha- senunterschied, dass das.
Gas nacheinander einer Erhitzung, Expansion, Kühlung und Kompression unterworfen wird.
Das Gas kann durch Erwärmung der Aussenwände des heissen Raumes des Motors erhitzt werden. Es ist jedoch vorzuziehen, zwischen dem heissen und dem kalten Raum des Motors einen besonderen Erhitzer vorzu sehen, wobei das zu erhitzende Gas zweck mässig in eine grosse Anzahl parallel geschal tete Ströme unterteilt und im unterteilten Zustand auf die erforderliche Temperatur gebracht wird. Es ist dabei empfehlenswert, mindestens zwei der Wände der Kanäle, durch die das zu erhitzende Gas in unter teiltem Zustand fliesst, zu erhitzen.
Auf ähn liche Weise kann bei Motoren mit geschloEse- nem Kreisprozess der Kühler ausgebildet sein. Bei Motoren mit offenem Kreisprozess er übrigt sich ein Kühler, wird doch bei ihnen das Gas nach Expansion in die freie Luft ausgelassen. Zwischen dem Erhitzer und dem Kühler kann ein Regenerator angeordnet sein. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf einen Motor mit mehr als einem Arbeitszylinder, d. h. bei welchem sich gleichzeitig mehr als ein Kreisprozess abspielt.
Gemäss der Erfindung zeichnet sich dieser Motor dadurch aus, dass die heissen und kal ten Räume der verschiedenen Arbeitszylinder mittels Kanäle derart miteinander verbunden sind, dass durch das Öffnen bezw. Schliessen dieser Kanäle der Motor nach Belieben im einen oder andern Drehsinn laufen gelassen werden kann.
Heissgasmotoren, die sowohl im einen als auch im andern Drehsinn laufen können, sind an sich bekannt. Die Änderung des Dreh sinnes des Motors wird bei ihnen dadurch erzielt, dass der Phasenwinkel zwischen denn Kolben im heissen Raum und dem Kolben im kalten Raum verstellbar gemacht wird, was zu einem ziemlich verwickelten Getriebe eines solchen Motors führt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass dieser verwickelte Bau des Getriebes nicht notwendig ist, wenn man einen Heissgasmotor mit mehr als einem Arbeitszylinder hat, da in diesem Falle die Umkehrung des Drehsinnes des Motors in der Weise erhalten werden kann, dass die heissen und die kalten Räume der verschiedenen Arbeitszylinder untereinander ausgewechselt werden.
Dieser Vorteil kann bereits bei einem Motor mit zwei Arbeitszylindern erhalten werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der beiliegenden Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels näher erläu tert.
In dieser Zeichnung ist ein Heissgasmotor mit vier Arbeitszylindern 1, 2, 3 und 4 dar gestellt, in denen die heissen Kolben 5, 6, 7 und 8 bewegbar .sind. Diese Kolben sind an den Kolbenstangen 9, 13, 17 und 21 befestigt, die in den Kreuzköpfen 10, 14, 18 und 22 mit den Treibstangen 11, 15, 19 und 23 ver bunden sind. Diese Treibstangen sind mit den Kurbeln 12, 16, 20 und 24 der Kurbel welle 45 verbunden. Wie in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, bilden diese Kur beln miteinander Winkel von 90 . In den genannten Zylindern sind ferner die kalten Kolben 25. 26, 27 und 28 bewegbar.
Sie sind mit den Kolbenstangen 29, 33, 37 und 41 verbunden, die durch Vermittlung der Kreuz köpfe 30, 34, 38 und 42 mit den Treibstangen 31, 35, 39 und 43 verbunden sind, die mit den Kurbeln 32, 36, 40 und 44 gekuppelt sind. Diese Kurbeln bilden untereinander gleichfalls Winkel von 90 . Die benachbarten Kurbeln 12 und 32 bezw. 16 und 36 bezw. 20 und 40 bezw. 24 und 44 bilden gleichfalls miteinander Winkel von etwa 90 , derart, dass, wenn sich die Kurbelwelle 45 in der Richtung des Pfeiles I dreht, die letztge nannte Kurbel jedes Paares stets in bezug auf die erstgenannte Kurbel dieses Paares nach eilt.
Es sei bemerkt, dass die Kolbenstangen 9, 13, 17 und 21 gasdicht durch Öffnungen 25a, <I>26a, 27a</I> und 28a in den kalten Kolben 25, 26, 27 und 28 geführt sind. Um die Zylinder wände herum sind die Erhitzer 46, die Rege neratoren 47 und die Küb.ler 48 angeordnet.
Wenn der Motor in der Richtung des Pfeiles I dreht, spielt sich im Zylinder 1 mit dem heissen Raum la und dem kalten Raum 1 b ein Kreisprozess ab. Diese Räume stehen wegen dem gasdichten Abschluss des heissen Kolbens 5 im Zylinder 1 ausschliesslich über den Erhitzer 46, den Regenerator 47 und den Kühler 48 miteinander in Verbindung. Der Kühler 48 der Zylinders 1 steht nämlich mit dem kalten Raum 1b in Verbindung mittels des Kanals 49, der mit Hilfe des Absperr ventile 49a geschlossen werden kann, im vor liegenden Fall aber geöffnet ist.
Dieser Küh ler 48 ist zwar auch mittels des Kanals 53, der mit Hilfe des Absperrventils 53a ge schlossen werden kann, mit dem kalten Raum 3b des Zylinders 3 in Verbindung; aber die ses Absperrventil ist im vorliegenden Fall geschlossen.
Auf ähnliche Weise spielen sich gleich zeitig weitere drei Kreisprozesse in den Zylindern 2, 3 und 4 mit den heissen Räumen <I>2a, 3a</I> und<I>4a</I> ab, die gleichfalls über die Erhitzer 46, die Regeneratoren 47, die Küh ler 48 und die Kanäle 50, 51 und 52, in denen die Absperrventile 50a., 51a und 52a geöffnet sind, mit den in diesen Zylindern vorhande nen kalten Räumen 2b, 3b und 4b in Ver bindung stehen. Die Absperrventile 55a, 54a und 56a in den Kanälen 55, 54 und 56 sind dabei geschlossen.
Beim Drehen des Motors in Richtung des Pfeiles I stehen also die kal ten und heissen Räume des gleichen Zylinders miteinander in Verbindung.
Werden jedoch die Absperrventile 49a, 50a, 51a und 52a geschlossen und die Ab sperrventile 54a, 56a, 53a und 55a geöffnet, so steht der heisse Raum la mit dem kalten Raum 3b, der heisse Raum 2a mit dem kalten Raum 4b, der heisse Raum 3a mit dem kalten Raum 1b und der heisse Raum 4a mit dem kalten Raum 2b in Verbindung. Da beim Laufen des Heissgasmotors die Phasenver schiebung der Kreisprozesse in den ausge wechselten Räumen 180 beträgt, wird der Drehsinn des Motors umgekehrt, so dass der Motor gemäss dem Pfeil II dreht.
Zur Umkehrung des Drehsinnes des, dar gestellten Motors hat man also lediglich die Absperrventile 49a, 50a, 51a und 52a zu schliessen und die Absperrventile 54a, 56a, 53a und 55a zu öffnen oder umgekehrt, wäh rend der Phasenwinkel zwischen den verschie denen Kurbeln gar nicht geändert zu werden braucht. Dies wird in der Praxis vorzugs weise derart durchgeführt, dass sämtliche Absperrventile mittels eines gemeinsamen Bedienungsorgans geöffnet oder geschlossen werden können, wodurch die Umkehrung des Drehsinnes des Motors mittels einer einzigen Handbewegung erfolgen kann.
Es ist selbstverständlich, dass z. B. die in der Zeichnung dargestellten Erhitzer, Regeneratoren und Kühler am Motor nicht vorhanden sein müssen; diese Elemente bewir ken lediglich eine Erhöhung des Nutzeffektes des Motors.
Weiterhin folgt, dass die gewünschte Um kehrungsmöglichkeit bereits bei einem Motor mit zwei Arbeitszylindern erhalten werden kann.
Hot gas engine with more than one working cylinder. The invention relates to a hot gas engine. A hot gas engine is to be understood as a thermodynamic engine in which a quantity of gas runs through a cycle, with different spaces being available for the hot gas and the cold gas. The rooms are called the hot room and the cold room.
The spaces mentioned can be connected to separate heaters and coolers from which the gas is only let into these spaces. In this case it is a closed cycle process.
The cold room of the engine can, if necessary, be in periodic contact with the outside air; In this case, fresh air is sucked in for each cycle. Such engines are referred to as an open process. Both in motors with an open cycle and in motors with a closed cycle process, there is such a phase difference between the volume changes in the hot and cold room that the.
Gas is successively subjected to heating, expansion, cooling and compression.
The gas can be heated by heating the outer walls of the hot chamber of the engine. However, it is preferable to provide a special heater between the hot and the cold space of the engine, with the gas to be heated appropriately divided into a large number of parallel connected flows and brought to the required temperature in the divided state. It is advisable to heat at least two of the walls of the channels through which the gas to be heated flows in a divided state.
The cooler in motors with a closed cycle process can be designed in a similar manner. In engines with an open cycle process, there is no need for a cooler, as the gas is released into the open air after expansion. A regenerator can be arranged between the heater and the cooler. The present invention now relates to an engine with more than one working cylinder, i.e. H. in which more than one cycle takes place at the same time.
According to the invention, this motor is characterized in that the hot and cold spaces of the various working cylinders are connected to one another by means of channels in such a way that when they are opened, respectively. Closing these channels, the motor can be left running in one direction or the other at will.
Hot gas motors that can run in one direction as well as in the other are known per se. The change in the direction of rotation of the motor is achieved in them that the phase angle between the piston in the hot room and the piston in the cold room is made adjustable, which leads to a rather complicated gearbox of such a motor. The invention is based on the knowledge that this complex construction of the transmission is not necessary if you have a hot gas engine with more than one working cylinder, since in this case the reversal of the direction of rotation of the motor can be obtained in such a way that the hot and the cold spaces of the various working cylinders are interchanged.
This advantage can already be obtained with an engine with two working cylinders.
The invention is tert erläu below with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings Darge.
In this drawing, a hot gas engine with four working cylinders 1, 2, 3 and 4 is provided, in which the hot pistons 5, 6, 7 and 8 are movable .sind. These pistons are attached to the piston rods 9, 13, 17 and 21 which are ver in the cross heads 10, 14, 18 and 22 with the drive rods 11, 15, 19 and 23 connected. These connecting rods are connected to the cranks 12, 16, 20 and 24 of the crank shaft 45. As is shown schematically in the drawing, these Kur cables form an angle of 90 with each other. The cold pistons 25, 26, 27 and 28 are also movable in the cylinders mentioned.
They are connected to the piston rods 29, 33, 37 and 41, the heads 30, 34, 38 and 42 are connected to the connecting rods 31, 35, 39 and 43 through the mediation of the cross, which are connected to the cranks 32, 36, 40 and 44 are coupled. These cranks also form angles of 90 to one another. The adjacent cranks 12 and 32 respectively. 16 and 36 resp. 20 and 40 respectively. 24 and 44 also form angles of about 90 with each other, such that when the crankshaft 45 rotates in the direction of arrow I, the last-mentioned crank of each pair always lags behind with respect to the first-mentioned crank of this pair.
It should be noted that the piston rods 9, 13, 17 and 21 are guided in a gas-tight manner through openings 25a, 26a, 27a and 28a in the cold pistons 25, 26, 27 and 28. The heaters 46, the regenerators 47 and the Küb.ler 48 are arranged around the cylinder walls.
When the motor rotates in the direction of arrow I, a cycle takes place in cylinder 1 with the hot room la and the cold room 1b. Because of the gas-tight closure of the hot piston 5 in the cylinder 1, these spaces are connected to one another exclusively via the heater 46, the regenerator 47 and the cooler 48. The cooler 48 of the cylinder 1 is namely with the cold space 1b in connection by means of the channel 49, which can be closed with the help of the shut-off valves 49a, but is open in the present case.
This Küh ler 48 is indeed also by means of the channel 53, which can be closed with the help of the shut-off valve 53a, with the cold space 3b of the cylinder 3 in connection; but this shut-off valve is closed in the present case.
In a similar way, another three cycle processes take place simultaneously in cylinders 2, 3 and 4 with the hot spaces <I> 2a, 3a </I> and <I> 4a </I>, which are also carried out via the heaters 46, the regenerators 47, the coolers 48 and the channels 50, 51 and 52, in which the shut-off valves 50a., 51a and 52a are open, are in communication with the cold spaces 2b, 3b and 4b present in these cylinders. The shut-off valves 55a, 54a and 56a in the channels 55, 54 and 56 are closed.
When the engine is turned in the direction of arrow I, the cold and hot spaces of the same cylinder are connected to one another.
If, however, the shut-off valves 49a, 50a, 51a and 52a are closed and the shut-off valves 54a, 56a, 53a and 55a are opened, the hot room la is with the cold room 3b, the hot room 2a with the cold room 4b, the hot room 3a with the cold room 1b and the hot room 4a with the cold room 2b in connection. Since when the hot gas engine is running, the phase shift of the cycle processes in the changed rooms is 180, the direction of rotation of the engine is reversed so that the engine rotates according to arrow II.
To reverse the direction of rotation of the motor, you only have to close the shut-off valves 49a, 50a, 51a and 52a and open the shut-off valves 54a, 56a, 53a and 55a, or vice versa, while the phase angle between the various cranks does not needs to be changed. In practice, this is preferably carried out in such a way that all shut-off valves can be opened or closed by means of a common operating element, whereby the direction of rotation of the motor can be reversed with a single hand movement.
It goes without saying that z. B. the heater, regenerators and cooler shown in the drawing do not have to be present on the engine; these elements only cause an increase in the efficiency of the engine.
It also follows that the desired reversal option can already be obtained in an engine with two working cylinders.