DD140156A1

DD140156A1 - Heissgasmotor mit geschlossenem arbeitskreislauf

Info

Publication number: DD140156A1
Application number: DD20908878A
Authority: DD
Inventors: Heinz-Juergen Ostermeyer; Florian Rieger
Original assignee: Ostermeyer Heinz Juergen; Florian Rieger
Priority date: 1978-11-15
Filing date: 1978-11-15
Publication date: 1980-02-13

Abstract

Die Erfindung ist vorzugsweise für die Anwendung im. Fahrzeugbau geeignet. Der Heißgasmotor soll mit flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen betrieben werden können und schadstofffreie Abgase entwickeln, ein günstiges Leistungs-Masse-Verhältnis aufweisen, keinen, zusätzlichen Ventilsteuertrieb und kein gesondertes Schmiersystem erfordern und eine einfache Montage ermöglichen. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in einem ungeteilten Motorgehäuse auf einer als Vielkeilwelle ausgebildeten Abtriebswelle einmal eine geradzahlige Anzahl von Exzentern auf denen jeweils ein Pleuel drehbar gelagert ist, das über, einen Pleuelbolzen in gelenkiger Verbindung mit einem Verbindungskörper*’steht, an dessen einem Ende ein in einer Zylinderbuchse geführter Arbeitskolben und an dessen anderem Ende ein in einer Zylinderbuchse geführter Verdrängerkolben befestigt sind, zum anderen Exzenterscheiben, die über federbelastete Einlaßventilstößel und federbelastete Auslaßventilstößel mit federbelasteten Einlaßveritilkörpern und' federbelasteten Auslaßventilkörpern in funktioneller Verbindung stehen, Distanzbuchsen der Lagerung der Äbtriebswelle dienende Tragringe und eine Schwung« scheibe angeordnet sind. - Fig.. 2

Description

Titel der Erfindung

Heißgasmotor. mit geschlossenem Arbeitskreislauf

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Heißgasmotor mit geschlossenem Arbeitskreislauf, insbesondere für den Fahrzeugbau.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist eina Antriebsmaschine als Brennkraft- oder Heißgasmaschine nach DD WP 115 939 bekannt, die sich aus einem oder mehreren Antriebsteilen und einem Steuerteil zusammensetzt. Das Antriebsteil besteht aus einem inneren Ring, einem äußeren Ring, Außenwänden, als Doppolkolben ausgebildeten Ringsegmenten mit rechteckigem Querschnitt, Pleuel und einfach gekröpften Kurbelwellen· Die Kurbelwellen sind durch seitliche Aussparungen in den Ringsegmenten nach außen geführt und beiderseitig gelagert» Daa ßteuerteil besteht aus Zahnrädern, von denen je eines außerhalb der Außenwände auf joder Kurbelwelle befestigt ist, einem Zahnrad, das auf einer, Durchlaßöffnungen auf v/eisenden Antriebswelle fest angeordnet ist, Kettenrädern_s einer Lagerplatte, einer Schwungscheibe mit Zahnkranz und einem Getriebegehäuse, das mit. der Außenwand lösbar verbunden ist und eine weitere Lagerstelle für die Antriebswellö besitzt» Im äußeren Ring sind auf Mitte jeder Arbeitskammer mit Durchlaßöffnungen versehene und steuerseitig verschlossene Hülsen drehbar gelagert» Sie tragen Kettenräder, di© über Ketten

mit den Kettenrädern der Kurbelwelle in funktioneller Verbindung stehen, ...·

Diese Antriebsmaschine ist aufgrund der Eechteckform der Kolben und der komplizierten Abdichtung in den Druckkammern nicht für große Überdrück© geeignet« Die Vielzahl der bewegten Teile erfordern einen hohen Fertigungs- und Mont-ageaufwand« Durch die zahlreichen Abdichtstellen zwischen den Hochdruck- und Normaldruckräumen treten Arbeitsgasverluste ein, die ständig ergänzt werden müssen·.Es sind gesonderte Schmiereinrichtungen für die Arbeite·=- und Verdränger kolben erforderliche Es ist außerdem ein Zwischenantrieb zwischen den einzelnen Kurbelwellen und der Antriebswelle erforder«= liehe Ein besonderer Steuerantrieb muß außerdem für die Kanalsteuerung vorgesehen werden·»

Ziel der Erfindung

Es ist ein® Antriebsmaschine zu entwickeln, die die dargestellten Nachteil© beseitigt und mit einer Vielzahl von flüssigen oder gasföriaigen Kraftstoffen betrieben werden kann, unter Berücksichtigung schadetoffreier Abgase infolge eines kontinuierlichen·Verbrennungsvorganges bei gleichzeitig geringster Geräuschentwicklung_β

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt di© Aufgabe zugrund© einen Heißgasiaotor mit geschlossenem Arbeitskreislauf zu schaffen„ der in wartungsarmer Kompaktbauweise durch. Erzeugung hoher Arbeitsgasärück© ein hohes Leistungs— Masse— Verhältnis, ohne zusätzlichen Ventilsteuertrieb und onna zusätzliches Schmiersystem elxm optimal© Betriebsdauer infolge geringster Arbeitsgasverluste bei leichter Steuerbarkeit gewährleistet und--eina einfach© Montage ermöglicht«

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht ₉ daß in einem ungeteilten Motorgehäuse auf einer als Viel keilwelle ausgebildeten Abtriebswelle einmal eine geradzahlige Anzahl von Exzentern auf denen jeweils ein" Pleuel drehbar gelagert ist, das über einen Pleuelbolzen in gelenkiger Verbindung mit einem Verbindungskörper steht ₉ an dessen einem Ende ein in einer Zylinderbuchse geführter Arbeitskolben und an dessen anderem Ende ein in ©iner Zylinderbuchse geführter Verdrängerkolben befestigt sind, zum anderen Exzenterscheiben, di© über federbelastete Einlaßventilstößel und federbelastet© Auslaßventilstößel mit federbelasteten Einlaßventilkörpern und federbelasteten Auslaßventilkörpern in funktioneller Verbindung stehen, Distanzbuchsen,der Lagerung der Abtriebswelle dienende Tragringe und eins Schwungscheibe angeord- nst sind«

Am Motorgehäuse sind auf der einan Seit© ein geschlossener Motorgehäusedeökel und auf der Abtriebseite ein_f eina Druckölringnut aufweisender Motorgehäuseaackel angeordnet« Der Motorgehäuseinnsnraum steht über eica Arbeitsgasleitung mit dem kalten Arbeitsgaskreislauf in funktionsller Verbindung, Zwischen Arbeitskolben'bzw. Verdrängerkolben und Verbindungs™· körper ist eine wärmedämmende Beilag© angeordnet* Die Ex-• zenterscheiben sind gleichzeitig als ölspritzringe ausgebildet. Die Längsachsen der Einlaß- und Auslaßventil körper eißd in horizontaler Ebena, die Längsachse der Abtriebsweile unter ein©m rechten Winkel schneidend, angeordnet· Die Arbeitsgaszu- und- ableitungen eind Jeweils in den Zylinderkopf senkrecht gegenüberliegend einmündend und jeweils über ©ins Viertelkreisringnut mit dem das«gehörigen Ventilkörper in funktionaller Verbindung stehend, angoordE£te Das aufgeheizte Arbeitsgas gelangt durch di© geöffneten Einlaßventilkörpar, die über di© Einlaßventi!stößel von d@a auf der Abtriebswalle befestigten ExsenterschGiben gesteuert werden, in den Expansionsraum und bewegen di© Arbeite« kolben in Richtung Abtriebswelle, wodurch über den Verbis* dungskörpsr_p Pleuelbolzen, Pleuel und Exzenter die Drshb©« weguug der Abtriebswelle erreicht wird. Ia gleicher Richtung bewegt sich der am anderen Ende des Vorblndungskörpers b©~

festigte Verdränger kolben _? der einen kleineren Durchmesser als der Arbeitskolben hat,, wodurch sich sein Gasraum-verringert* Das kalte Arbeitsgas gelangt über den von der Exzenterscheib© über den Auslaßventilstößel geöffneten Auslaßventilkörper zum Wärmetauscher und anschließend zum Gaserhitser, Beim Erreichen der Kolbenendstellung sind sämtliche Ventilkörper geschlossene Bei Bewegungsrichtungs~ umkehr der Kolben öffnet sich der exzentergesteuert© Ein~ 1aßventi!körper, kaltes Arbeitsgas dringt ia die Gasräume der Verdrängerkolben, gleichzeitig öffnen sich die exzentergesteuerten Auslaßventilkörpsr _t und das heiße Arbeitsgas strömt aus den Expansionsräumen der Arbeitskolben zum Wärmetauscher und anschließend zum Arbeitsgaskühler« Zur -Gewährleistung eines Druckausgleichs steht das Motor-» gehäuse über eine Leitung mit dem kalten Arbeltsgaskreis« lauf in Verbindung« Einer einwandfreien Abdichtung der Abtriebswelle nach außen dient eins imabtriebsseitigen .Motorgehäusedeck©! angeordnete Druckölringnut _f die über einen Druckölkanal mit einem Druckölspeicher verbunden ist β Der erforderliche Öldruck für die Abdichtung wird durch-die funktioneile Verbindung des Druokölspeichers mit dem kalten Arbeitsgaskreislauf erreicht _o

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen?

Fig_e 1: eine Seitenansicht des Heißgasmotors

Pig«, 2% den Schnitt A-A nach Figur 1 Pig_o 3i den Schnitt B-B nach Figur 1 . Fig» 4fi ein© Prinzipdarstellung des geschlossenen Arbeitskreißlaufes_β

Der aus vier Arbeitseinheiten zusammengesetzte Heißgasmotor besteht aus einem Motorgehäuse 1_t das beiderseits vier Zylinderköpfe 2 aufweist_e In jedem Expansionsraum ist eine Zylinderbuchse'3 angeordnet, in-der sich ein mit Kolben™

ringen versehener Arbeitskolben 4 befindet. In dem gegenüberliegenden Arbeitßgasraum ist ebenfalls eine Zylinderbuchse 3 angeordnet, in der sich ein mit Kolbenringen versehener Verdrängerkolben 5 befindet, dessen Durchmesser kleiner als der des Arbeitskolben 4- ist. Der Arbeitskolben 4- und der Verdrängerkolben 5 sind wärmedämmend durch einen Verbindungskörper 6 fest verbunden.

Der Verbindungskörper 6 ist über einen Pleuelbolzen 7 mit. einem Pleuel 8 gelenkig verbunden und das Pleuel 8 auf einem Exzenter 9 gelagert, der seinerseits auf einer Ab triebswell© 10, die als Vielkeilwelle ausgebildet ist, befestigt ist. Auf der Abtriebswell© 10 sind Exzenterscheiben 11, Distansbuchsen 12; 13 und Tragringe 14- befestigt Das Motorgehäuse 1 v/eist abtriebsseitig einen Motorgehäusedeckel 15 und gegenüberliegend einen geschlossenen Motorgehäusedeckel 16 auf. Im Motorgehäusedeckel 15 ist eina Druckölringnut 17 vorgesehen, die mit einem Druckölkanal 18 und einem Druckölsp6icher 19 in funktioneller Verbindung steht_β Jedem Arbeitskolben 4- und Verdrängerkolben 5 ist ein federbelasteter Einlaßventilkörper 20 mit einem federbelasteten Einlaßventilstößel 21 und ein federbelasteter Auslaßventilkörper 22 mit einem federbelasteten Auslaßventilstößel 23 zugeordnet. Auf der Abtriebswelle 10 1st außerhalb des Motorgehäuses 1 eine Schwungscheibe 24- befestigt. Ein Druckgas- speicher 25 steht über ein Druckminderventil 26 und ein Druckbegrenzungsventil 27 über ein© Zuführungsleitung mit einem Arbeitsgaskühler 29, einem Wärmetauscher 30 und eine Brennkammer 32 mit Brenner 33 aufweisendem Gaserhitzer JA in funktioneller Verbindung* Der Gaserhitzer JA ist über Zuführungsleitungen für das heiße Abgas wiederum mit den Expanaionsräumen des Heißgasmotors verbunden. Zur Regelung der Drehzahl ist ein Steuerblock 35 vorgesehen. Weiterhin ist ein regelbares Frischluftgebläse 31, das über ein© Leitung in funktioneller Verbindung mit dem Arbeitsgaskühler 29 und der Brennkammer 32 steht, vorgesehen*.

Die Wirkungsweise des Heißgasinotors mit geschlossenem Arbeitskreis!auf ist wie folgt?

Bei Inbetriebsetzen wird zunächst durch öffnen eines Ventils iia gesamten System ein gleichmäßiger, dem im Druckgasspeieher 25 entsprechender Gasdruck aufgebaut· Von dem Friscbrluftgebläs© 31 wird durch den Arbeitsgaskühler 29 Luft in die Brennkammer 32 des Gaserhitzers 34 gedrückte Mit Zündung des Brenners 33 und gleichzeitiger Zufuhr von flüssigem Brennstoff _t der-zwecks völliger Verbrennung in der Brennkammer zerstäubt wird_e wird durch.Regelung der zugeführten Brennstoffmenge die Betriebstemperatur erreicht, die erforderlich ist, um das durch den Gaserhitzer 34 geführte, unter Druck stehende.Arbeitegas entsprechend aufzuheizen und demit den Druck weiter zu erhöhen« Das aufge- heizte Arbeitsgas gelangt nunmehr durch das Inbewegungsetzen des Heißgasmotors mittels eines Anlassers in die Expansionsräume der Arbeitskolben 4-_o Mit der Vergrößerung der Expaxisionsräume verkleinern sich die Gasräume der Verdränger~ · kolben 5» Das darin befindliche kalte Arbeitsgas gelangt.

dadurch über einen Wärmetauscher 30, in dem es vorgewärmt wird, in den Gaserhitzer 34© Von dort wird es nach dem Aufheizen wieder den Expansionsräumen der'Arbeitskolben 4 zugeführt« ·

Bei Verkleinerung der Expansionsräume der Arbeitskolben 4 gelangt das heiße Arbeitsgas über den V/är ms tauscher 30 vorge» kühlt zum Arbeitsgas kühler 29© Von hier aus strömt das kalte Arbeitsgas infolge Vergrößerung der Gasräume der Verdrängerkorben 5 in diese ein_e Die Drehzahlerhöhung bzw„ -verringerung während des Betriebssustandes wird reguliert durch entsprechende Veränderung der Brennstoffmenge und Frischluftzuführe Gleichseitig wird bei Drehsahlerhöhung die Druckdifferenz zwischen dem aufgeheizten und abgekühlten Arbeitsgas erhöhte Bei Drehzahlverringerung wird diese Druckdifferenz verkleinert* In der Leerlaufstellung wird die Stellung des Steuerblockes so verändert _t daß unter Zwischenschaltung eines Druckbegrenzungsventils 28 ein Kurzschließen des heißen mit dem kalten Arbeitsgas kreislauf erfolgt« Dabei weist das Druckbegren-

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zungsventil 28 einen niedrigeren Einstellwert auf als die beiden Druckbegrenzungsventile 27» die einmal zur Einstellung der maximal zulässigen Arbeitsgasdruckdifferenz und zum anderen zur Absicherung der Gesamtanlage dienen. Das Druckminderventil 26 reduziert dea Arbeitsgasdruck in der Gesamtanlage gegenüber dem Druckgasspeieher 25· In den kälten Arbeitsgaskreislauf ist ein Druckölspeicher 19 einbezogen,, der über einen Druckölkanal 18 mit einer der Abdichtung dienenden Druckölnut 17 im Heißgasmotor in Verbindung steht. Weiterhin steht der gekühlte Arbeitsgaskreislauf in Verbindung mit dem Innenraum des Motorgehäuses

Abweichend vom Ausführungsbeispiel können auch 2; 6 oder weitere geradzahlige Arbeitseinheiten, bestehend aus jeweils einem Arbeits kolben 4-, einem Verdräng er kolben 5 mit gemeinsamen Verbindungskörper 6, als Heißgasmotor ausgeführt werden. Zum Ausgleich der sich bewegenden Massen ist es notwendig, eine bestimmte Anordnung der Arbeitseinheiten vorzunehmen, d. h. bei vier Arbeitseinheiten müssen die beiden äußeren Arbeitseinheiten gegenüber den beiden inneren Arbeitseinheiten um 180°, bezogen auf den Exzenterwin-

j gedreht angeordnet sein. Bei der Anordnung von zwei Arbeitseinheiten müssen diese ebenfalls um 180° zueinander gedreht angeordnet sein, jedoch sind hier zusätzlich zv/ei Ausgleichsschvmngmassen so auf der Abtriebsweile 10 anzuordnen, daß sich eine vor der ersten Arbeitseinheit und die zweite zwischen den beiden Arbeitseinheiten befindet. Die abtriebsseitige Ausgleichsschwungmasse kann in die Schwungscheibe 24 einbezogen werden

Die Vorteile dieses Heißgasmotors mit geschlossenem Arbeits kreislauf liegen darin, daß das Motorgehäuse 1 aus einem ungeteilten Druckkörper besteht, der nur beiderseits mit den Motorgeh&usedeckeln 15» 16 und den Zylinderköpfen 2 auch gegen hohe Innendrücke dicht abschließbar ist· Außer der Abtriebswelle 10 stehen keine bewegten Teile mit dea überdruckfreien Raum in Verbindung. Diese eine Austrittstelle wird mit Hilfe einer Druckölringnut 17 sicher abgo-

dichtet, so daß keine Gasverluste entstehen· Es sind keine gesonderten Ventilsteuertriebe erforderlich, da sämtliche Ventile durch die auf der Abtriebswelle 10 gelagerten Exzenterscheiben 11 gesteuert werden, wobei die Steuerung der zwei gegenüberliegenden Einlaßventilkörper 20 und Auslaßventilkörper 22 jeweils durch eine Exzenterscheibe 11 erfolgt·

Infolge der Ausbildung der Abtriebswelle 10 als Vielkeilwelle mit den auf ihr verschiebbaren Exzentern 9, Exzenterscheiben 11 und Distanzbuchsen 12; 13» einschließlich Tragringen 14 wird eine einfache Zentrierung und Montage der Innenteile von beiden Stirnseiten ermöglicht· Sämtliche bewegten Teile des Heißgasmotors werden selbsttätig durch das innen befindliche öl geschmiert, in dem die Exzenterscheiben 11 gleichzeitig als «S^ritzringe ausgebildet sind. Damit entfallen zusätzliche ölzuführungseinrichtungen. Eine Wasserkühlung ist nicht erforderlich· Bei Bedarf können am Motorgehäuse 1 Kühlrippen vorgesehen werden·

Claims

Erfindungsanspruch

1· Heißgasmotor mit geschlossenem Arbeitskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ungeteilten Motorgehäuse (1) auf einor als Vielkeilwelle ausgebildeten Abtriebswelle (10) einmal eine geradzahlige Anzahl von Exzentern (9) auf denen jeweils ein Pleuel (8) drehbar gelagert ist, das über einen Pieuelbolzen (7) in gelenkiger Verbindung mit einem Verbindungskörper (6) steht^ an dessen einem End© ein in einer Zylinderbuchse (3) geführter Arbeitskol— ben (4) und an dessen anderem Ende ein in einer Zylinderbuchse (3) geführter Verdrängerkolben (5) befestigt sind, zum anderen Exzenterscheiben (11 )_? die über federbelastete Einlaßventilstößel (21) und federbelastete Auslaßventilstößel (23) mit federbelasteten Einlaßventilkörpern (20) und federbelasteten Auslaßventilkörpern (22) in funktioneller Verbindung stehen, Distanzbuchsen (12; 13) _f der Lagerung der Abtriebswelle (10) dienende Tragringe (14) und eine Schwungscheibe (24) angeordnet sind·

2· Heißgasmotor' nach Punkt Λ , dadurch gekennzeichnet _t daß am Motorgehäuse (1) auf der einen Seite ein geschlossener Motorgehäusedeckel (16) und auf der Abtriebseite ein, eine Druckölringnut (17) aufweisender Motorgehäusedeckel angeordnet sind·

3* Heißgasmotor nach Punkt 1 und 2. ,dadurch gekennzeichnet, daß der Motorgehäuseinnenraum über eine Arbeits gasleitung mit dem kalten Arbeitsgaskreislauf in funktioneller Verbindung steht*

4· Heißgasmotor nach Punkt 7 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Arbeitskolben (4) bzw. Verdrängerkolben (5) und Verbindungskörper (6) eine wärmedämmende. Beilage angeordnet ist.

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5· Heißgasmotor nach Punkt Ί bis ^ ,dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenterscheiben (11) gleichzeitig als ölspritzringe ausgebildet sind.

6. Heißgasmotor nach Punkt 1 bis 5 , dadurch gekenn— zeichnet, daß die Längsachsen der Einlaßventilkörper (20) und Auslaßventilkörper (22) in horizontaler Ebene, die Längsachse der Abtriebswelle (10) unter einen rechten Winkel schneidend, angeordnet sind·

7· Heißgasmotor nach Punkt 1 bis 6 ,dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsgaszu- und- ableitungen jeweils in den Zylinderkopf (2) senkrecht gegenüberliegend einmündend und jeweils über eine Viertelkreisringnut mit dem dazugehörigen Ventilkörper in funktioneller Verbindung stehend, angeordnet sind.

Zeichnungen