Die Erfindung bezieht sich auf eine Expansionsmaschine, welche wenigstens einen Zylinder mit einem Kolben und eine äussere Verbrennungsvorrichtung für Brennstoff aufweist, die aus einem Gehäuse besteht, das durch eine Zwischenwand in zwei Abteilungen unterteilt ist, wobei wenigstens ein Brenner vorgesehen ist, der derart in der Zwischenwand befestigt ist, dass er zum Teil in der ersten Abteilung liegt und in die zweite Abteilung ausmündet, welche zweite Abteilung über ein Ventil mit dem Zylinder der Expansionsmaschine in Verbindung gebracht werden kann, während Mittel vorgesehen sind, um Brennstoff und Luft unter Druck dem Brenner zuzuführen.
Es wird bezweckt, die Verbrennung des Brennstoffes derart zu regeln, dass diese vollständig oder nahezu vollständig ist.
Dies wird durch die erfindungsgemässe Maschine dadurch erzielt, 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 derart voneinander trennt, dass nur Luft durch den Brenner hindurch aus der ersten Abteilung in die zweite Abteilung hineinströmen kann.
Es wird dadurch erreicht, dass ein kleineres Kompressionsverhältnis benutzt werden kann, wodurch es möglich ist, niedrige Temperaturen zu benutzen, wodurch auch geringere Kühlverluste auftreten, derart, dass diejenige Wärme, die durch das Weniger-weit-voneinander-verschieden-sein der höchsten und niedrigsten Temperaturen des Kreislaufes verlorengeht, durch kleinere Kühlverluste zurückgewonnen wird. Die Öffnungszeit der Zuführungsventile kann nämlich auf eine bestimmte feste Öffnungszeit abgestellt werden, welche derart gewählt werden kann, dass die Regelung der Leistung durch Regelung des Verbrennungsdruckes innerhalb des Gebietes erfolgt, in dem eine vollständige Verbrennung erreicht werden kann, ungeachtet der Tatsache, dass die Verbrennung nach dem Gleichdrucksystem stattfindet.
In der ersten Abteilung des Gehäuses der äusseren Verbrennungsvorrichtung kann wenigstens ein Ventilator vorgesehen sein, der die Verbrennungsluft unter etwas höherem Druck als der, welcher in der ersten Abteilung herrscht, dem oder jedem Brenner zuführt. Dadurch wird vermieden, dass die Verbrennung beeinträchtigt oder sogar verhindert werden sollte. Dieser Ventilator hat ausserdem den Vorteil, dass beim Anlaufen der Expansionsmaschine gewährleistet wird, dass der oder jeder Brenner ununterbrochen brennt und die Flamme nicht zurückschlägt.
Damit Druckunterschiede in den beiden Abteilungen der Verbrennungsvorrichtung aufgefangen werden können, können die beiden Abteilungen durch wenigstens eine lange, enge Druckausgleichleitung, die zugleich als Wärmeschloss ausgebildet ist, verbunden sein.
Vorzugsweise wird die Maschine mit einem Hilfsbehälter oder einer Hilfsabteilung zur Aufnahme von Pressluft versehen, welcher Hilfsbehälter oder Hilfsabteilung über ein Verschlussorgan mit dem Innern verbunden ist.
Es kann jedoch auch die mit den Luftauslassventilen der Zylinder verbundene Leitung über einen Kompressor mit einem mit der ersten Abteilung verbundenen Hilfsbehälter bzw. der Hilfsabteilung verbunden sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in welcher die Maschine schematisch dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt dieser Maschine und
Fig. 2 ein Arbeitsdiagramm.
Die in Fig. 1 dargestellte Expansionsmaschine, welche eine Vierzylinderkolbenexpansionsmaschine mit Spülmöglichkeit am Ende des Kolbenhubes ist, 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 Seiten 86-88 der Zeitschrift Business Week vom 22. Januar 1955 beschriebenen und dargestellten Typ sein kann. Diesem Brenner 6 wird Brennstoff durch eine mit einer nicht dargestellten Regelvorrichtung für die Brennstoffmenge versehene Leitung 7 und Luft durch einen Ventilator 8 zugeführt. Dieser Ventilator trägt auch dafür Sorge, dass der Druck in der ersten Abteilung 4 etwas höher als der Druck in der zweiten Abteilung 3 ist.
Der Brenner 6 ist ferner mit einer elektrischen Zündung versehen, der durch eine Leitung 9 Strom einer nicht dargestellten Stromquelle zugeführt wird. Der Ventilator 8 ist durch eine Leitung 10 an dieser Stromquelle angeschlossen. Die beiden Abteilungen 3 und 4 stehen durch ein oder eine Anzahl Rohre 11, 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 13 gemeinsamen Rohr 14 verbunden, welches Rohr 14 über ein gesteuertes Einlassventil 15 mit 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 anhand von Fig. 2 für ein mit einer derartigen Expansionsmaschine versehenes Fahrzeug beschrieben werden.
Die Expansionsmaschine wird dabei zum Beispiel durch einen Startelektromotor angetrieben, während sobald genü gende 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 eige ner Kraft zu wirken anfängt, so dass der Startmotor ausge schaltet werden kann, zum Beispiel in Punkt a. Der Brenner ist derart ausgebildet, dass immer eine vollständige Verbren nung des zugeführten Brennstoffes ensteht.
Da die Expan sionsmaschine vom Startmotor angetrieben ist, ist durch die
Zylinder 13 bei jedem Hub der darin vorhandenen Kolben ei ne Luftmenge durch die Rückschlagventile 17 und die Rohre
18 und 19 der Abteilung 4 zugeführt, wodurch diese Abteilung 4 sowie über die Druckausgleichrohre 11 und gegebenenfalls über den Ventilator 8 die Abteilung 3 mit Luft unter Druck gefüllt ist. Die in der Abteilung 4 befindliche Luft wird durch den Ventilator 8 dem Brenner 6 zugeführt. Die sich in der
Abteilung 3 bildenden Verbrennungsgase werden über die Rohre 12, 14 und 16 und die gesteuerten Einlassventile 15 den
Zylindern 13 zugeführt, so dass die Expansionsmaschine von diesem Augenblick ab selbständig arbeitet.
Durch Vergrösse rung der Brennstoffzufuhr nimmt die Menge Verbrennungs gase in der Abteilung 3 zu, wodurch über die Druckausgleich rohre 11 der Druck in der Abteilung 4 ebenfalls zunimmt.
Dadurch nimmt auch der Druck in den Zylindern 13 zu, zum
Beispiel 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, wobei 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 kompri miert 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 die von den Zylindern der Abteilung 4 zugeführte Luftmenge und 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 Fahrzeugs eine grössere Antriebskraft auf das Fahrzeug ausüben.
Es ist klar, dass die erfindungsgemässe Maschine nicht auf die in der Zeichnung 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 Startmotors kann zum Beispiel 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.
An die Leitung 19 kann, falls erwünscht, wie mit gestrichelten Linien in Fig. 1 angegeben ist, ein Kompressor 22 angeschlossen sein, der die in dieser Leitung vorhandene Luft unter einem hohen Druck der Abteilung 4 oder einem Zwischendruckgefäss 23 zuführt. Die Leitung 18 kann dabei, wie ebenfalls mit gestrichelten Linien angegeben ist, ein grösseres Volumen haben, wodurch diese als Zwischendruckgefäss dient.