DE1808407B2 - Heissgaskolbenmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Heißgaskolbenmaschine mit mehreren Arbeitsräumen, wobei sich an jeden Arbeitsraum eine erste Leitung anschließt, die ein in Richtung des Arbeitsraumes Arbeitsmedium durchlassiges Rückschlagventil enthält, wobei sich weiter an jeden der Arbeitsräume eine zweite Leitung anschließt, die ein der Strömung des Arbeitsmediums zum Arbeitsraum entgegenwirkendes Rückschlagventil enthält, und sich die ersten Leitungen mit ihrer von den zugehörenden Arbeitsräumen abgewandten Seite an eine erste gemeinsame Leitung, und sich die zweiten Leitungen mit ihrer von den ;:ugehörenden Arbeitsräumen abgewandten Seite an eine zweite gemeinsame Leitung anschließen, wobei die erste und zweite gemeinsame Leitung durch einen absperrbaren Speicherbehälter für Arbeitsmedium miteinander verbunden sind.

Eine solche Mehrraum-Heißgaskolbenmaschine ist aus der NL-OS 65 09 299 bekannt.

Bei dieser bekannten Heißgaskolbenmaschine dienen die ersten Leitungjen und die erste gemeinsame Leitung dazu, den betreffenden Arbeitsräumen Arbeitsmedium zuzuführen, während die zweiten Leitungen und die zweite gemeinsame Leitung dazu dient. Medium aus diesen Arbeitsräumen abzuführen. Durch Regelung dieser Mediumzu- und -abfuhr läßt sich die Leistung des Heißgasmotors regeln. Bei dieser Regelung erfolgt die Abfuhr von Medium mit Hilfe eines Kompressors. Da die Abmessungen dieses Kompressors nicht außergewöhnlich groß sein dürfen, wird die Abfuhr von Medium und somit die Verringerung der Leistungsabgabe nur verhältnismäßig langsam erfolgen können.

Unter Umständen ist es jedoch notwendig, augenblicklich die Leistung der Heißgaskolbenmaschine von einem bestimmten hohen Wert auf einen bestimmten niedrigen Wert zu bringen.

Dazu ist es bekannt, außer der obengenannten Regelung durch Zu- und Abfuhr von Medium, zu bzw. von den Arbeitsräumen außerdem die sogenannte KurzschlußregelunS^izuwenden, wodurch die Leistung sehr schnell abnimmt. Dabei wird der Arbeitsraum mit einem Raum nahezu desselben mittleren Druckes in Verbindung gebracht. In dieser Verbindungsleitung entsteht dann ein hin- und hei gehender Gasstrom, wodurch das Druckvolumendiagramm eine Phasenverschiebung erfährt, so daß das Drehmoment kleiner

Bei einer Mehrzylindermaschine mit einer geraden Anzahl von Zylindern wird man zwei nebeneinanderlie-"ende Zylinder miteinander verbinden können, so daß eine 2 n-Zylindermaschine η Verbindungshähne enthält. Bei einer Maschine mit einer ungeraden Anzahl von Zylindern wird an jedem Zylinder ein Hahn angeordnet werden müssen, der die betreffenden Arbeitsräume mit den Pufferräumen verbinden kann.

Ein Nachteil dieser Regelung bei Mehrzylindermaschinen ist die große Anzahl von erforderlichen Kurzsclilußhähnen. insbesondere bei Motoren mit einer ungeraden Anzahl von Zylindern. Weiter ist zur Beschränkung des zusätzlich schädlichen Raumes in den Verbindungsleitungen die Anordnungsmöglichkeit der betreffenden Kurzschlußhähne ziemlich beschränkt. Eine weitere Schwierigkeit dabei ist die genaue Einstellung des Öffnungsstandes der Verbindungshähne, so daß sämtliche Hähne gleichzeitig öffnen. Nicht gleichzeitiges Öffnen führt zu einem unregelmäßigen Lauf des Motors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrraum-Heißgaskolbenmaschine zu schaffen, bei der alle obengenannten Nachteile ausgeschaltet sind.

Die erfindungsgemäße Heißgaskolbenmaschine weist dazu das Kennzeichen auf, daß die erste und /weite gemeinsame Leitung auch durch eine parallel zum Speicherbehälter geschaltete Hilfsleitung miteinander verbunden sind, in welche ein Absperrelement aufgenommen ist, das zwischen seinem geschlossenen und seinem völlig geöffneten Zustand kontinuierlich regelbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Mehrraummaschine ist also nur ein regelbares Absperrelement vorhanden, mit dem nun die Leistung zentral geregelt werden kann. Beim Öffnen dieses Absperrelementes entsteht ein Gasstrom in nur einer Richtung; von den Arbeitsräumen in der zweiten gemeinsamen Leitung über das Absperrelement zur ersten gemeinsamen Leitung und von dort über das Rückschlagventil wieder zurück in die Zylinder. Dadurch entsteht eine Verformung des Druckvolumendiagramms, so daß die Leistungsabgabe kleiner wird. Auf diese Weise ist eine große Einsparung an Abschlußelementen erhalten, das Problem des zusätzlich schädlichen Raumes tut sich nicht dar. Mit nur einem Hahn werden alle Arbeitsräume gleichzeitig geregelt, so daß ein unregelmäßiger Lauf der Maschine nicht auftreten kann. Das Absperrventil kann an willkürlichen Stellen angeordnet werden.

Ausfühi ungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

In F i g. 1 sind mit den Bezugsziffern 1, 2, 3 und 4 Arbeitsräume von Heißgasmotoren angedeutet. An jeden dieser Arbeitsräume schließt sich eine erste Leitung 5,6,7 bzw. 8 an. In diesen ersten Leitungen sind in Richtung des Arbeitsraums durchlässige Rückschlagventile 9. 10, U und 12 angeordnet. An die Arbeitsräume schließen sich weiter zweite Leitungen 13, 14, 15 und 16 an, in denen Rückschlagventile 17,18,19 bzw. 20 angeordnet sind, die einer Strömung von Medium in

Richtung der betreffenden Arbeitsräume entgegenwirken. Die ersten Leitungen 9, 10. 11 und 12 schließen sich mit ihrer von den betreffenden Arbeitsräumen abgcwandtcn Seite an eine erste gemeinsame Leitung 21 an. während sich die zweiten Leitungen 13. 14. 15 und 16 mit ihrer von den betreffenden Arbeitsräumen abgewandten Seite an eine zweite gtmeinsame Leitung 22 anschließen. Die erste und zweite gemeinsame Leitung sind durch eine Verbindungsleitung 22. in der sich ein regelbares Absperrelement 24 befindet, miteinandei verbunden. Wenn in den Arbeitsräumen 1. 2.3 und 4 ein bestimmter mittlerer Druck herrsch'., wird der Heißgasmotor eine bestimmte Leistung liefern. 1 r> geschlossenem Zustand des regelbaren Absperrelements 24 wird in der ersten gemeinsamen Leitung 21 ein minimaler Druck herrschen, der in den Arbeitsräumen 1. 2, 3 und 4 auftritt, während in der zweiten gemeinsamen Leitung 22 der maximale Druck herrschen wird, der im Arbeitsraum auftritt. Wenn nun die vom Heißgasmotor gelieferte Leistung kleiner werden muß, läßt sich dies dadurch erreichen, daß das regelbare Absperrelement 24 mehr oder weniger geöffnet wird. Dadurch wird ein Mediumstrom auftreten, und zwar von den Arbeitsräumen 1. 2, 3 und 4 über die Rückschlagventile 17. 18. 19 und 20 zur zweiten gemeinsamen Leitung 22 und über das regelbare Absperrelement 22 zur ersten gemeinsamen Leitung 21 und von dort über die Rückschlagventile 9. 10. 11 und 12 wieder zu den Arbeitsräumen 1, 2, 3 und 4. Durch diesen Rundlauf des Mediums wird das Druckvolumendiagramm, das in den Arbeitsräumen 1. 2, 3 und 4 auftritt, derart verformt werden, daß die abgegebene Leistung des Heißgasmotors sinkt. Dieses Herabsinken der Leistung ist also durch die Betätigung nur eines Absperrelements 24 erreicht, so daß sämtliche Arbeitsräume gleichzeitig in demselben Maße geregelt werden. Wenn der Motor weiter eine Einrichtung zum Zuführen und Abführen von Medium zum bzw. vom Motor enthält, können die erste und zweite gemeinsame Leitung 21 und 22 zugleich als Zuführungs- und Abführungsleitungen benutzt werden.

F i g. 2 zeigt schematisch und nicht maßgerecht einen Heißgasmotor, der vier Einheiten A, B, C und D enthält, in denen ein Heißgasmotorzyklus erfolgt. Jede dieser Einheiten enthält einen Zylinder 31, in dem sich ein Kolben 32 und ein Verdränger 33 bewegen können. Der Kolben 32 und der Verdränger 33 sind durch eine Kolbenstange 34 bzw. eine Verdrängerstange 35 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden, das diesen Kolben und Verdränger phasenverschoben bewegen kann. Zwischen dem Kolben 32 und dem Verdränger 33 befindet sich ein Kornpressionsraum 36. der über einen Kühler 37, einen Regenerator 38 und einen Erhitzer 39 mit einem Expansionsraum 40 über dem Verdränger 33 verbunden ist. Der Erhitzer 39 ist dabei aus einer Anzahl Rohre 41, die sich einerseits an den Regenerator 38 und andererseits an einen Ringkanal 42 anschließen, und einer Anzahl Rohre 43, die sich einerseits an den Kanal 43 und andererseits an den Expansionsraum 40 anschließen, aufgebaut. Mit Hilfe eines Brenners 44 wird diesem Erhitzer Wärme zugeführt. Unter dem Kolben 32 befindet sich ein Pufferraum 45, wobei die Pufferräume sämtlicher Einheiten A, B, C und D miteinander in offener Verbindung stehen. Die Dichtung zwischen dem Kolben 32 und dem Zylinder 31 ist durch einen Kolbenring 46 gebildet, der an seiner dem Pufferraum 45 zugewandten Seite mit Rillen 47 versehen ist. Diese Rillen verhindern, daß der Kolbenring 46 dichtend an der dieser Seite zugewandten Wand der Nut. in der der Kolbenring 46 liegt, anliegen kann. Das bedeutet, daß der Kolbenring also in Richtung des Pufferraumes Medium durchläßt. Der Kolbenring 46 arbeitet also als ein Rückschlagventil, das einer Strömung von Medium in Richtung des Kompressionsraumes 36 entgegenwirkt. Die Kolbenringe 46 lassen sich also mit den Rückschlagventilen 17, 18, 19 und 20 des Heißgasmotors nach F i g. 1 "ergleichen, wobei der Pufferraum 45 mit der zweiten gemeinsamen Leitung 22 vergleichbar ist. Weiter schließen sich an den Kompressionsraum 36 der unterschiedlichen Einheilen wieder die ersten Leitungen 5, 6, 7 und 8 mit den darin aufgenommenen Rückschlagventilen 9, 10, 11 und 12 an. Diese ersten Leitungen schließen sich mit ihren von den Arbeitsräumen abgewandten Seiten wieder an die gemeinsame Leitung 21 an. Der Pufferraum 45 und die erste gemeinsame Leitung 21 sind durch eine Verbindungsleitung 23 mit einem darin aufgenommenen Absperrelement 24 miteinander verbunden. Die erste gemeinsame Leitung 21 schließt sich über ein regelbares Absperrelement 50 an einen Vorratsbehälter 51 an, in dem sich Arbeitsmedium unter Druck befindet. Der Pufferraum 45 ist weiter über ein regelbares Absperrelement 52 mit der Ansaugseite 55 eines Kompressors 54 verbunden. Der Ausgang 55 des Kompressors ist mit dem Vorratsbehälter 51 verbunden. In geschlossenem Zustand der regelbaren Absperrelemente 50 und 52 und des Absperrelements 23 wird in den Arbeitsräumen der Einheiten A, B, Cund Dein bestimmter mittlerer Druck herrschen, bei dem der Motor eine bestimmte Leistung liefert. Weiter wird im Pufferraum 45 dadurch, daß der Kolbenring 46 Medium in Richtung jenes Raums durchläßt, der im Arbeitsraum auftretende maximale Druck herrschen, während in der gemeinsamen Leitung 21 der im Arbeitsraum auftretende minimale Druck herrschen wird. Wenn nun die Leistung schnell herabgeregelt werden muß, kann dies durch gleichzeitiges Öffnen des regelbaren Absperrelements 52 und des Absperrelements 24 erfolgen. Durch Öffnung des regelbaren Absperrelements 24 wird wieder ein Rundlauf von Medium aus den Arbeitsräumen der Einheiten A, B, Cund D über die Kolbenringe 46 zum Pufferraum 45 und über das Absperrelement 24 zur gemeinsamen Leitung 21 und von dort wieder zurück in die Arbeitsräume entstehen. Dadurch sinkt die Leistungsabgabe. Dies ist eine Verlustregelung. Über das regelbare Absperrelement 52 pumpt der Kompressor 54 Medium nach dem Vorratsbehälter 51. Dadurch wird der mittlere Druck im Arbeitsraum der Einheiten A, B, Cund Dsinken, wodurch eine Leistungsverringerung auftritt. Gleichzeitig mit dieser Senkung des mittleren Druckes wird das Absperrelement 24 auf seinen Absperrzustand hin bewegt. Letzten Endes wird dann eine Situation erreicht, in der der mittlere Druck im Arbeitsraum der Solleistung wieder entspricht. In diesem Augenblick sind das Absperrelement 24 und das Absperrelement 52 wieder geschlossen. Will man andererseits eine Erhöhung der Leistungsabgabe erreichen, so muß das Absperrelement 50 geöffnet werden, wodurch Hochdruckmedium aus dem Vorratsbehälter 51 über die gemeinsame Leitung 21 und die Rückschlagventile 9, 10, If und 12 in die betreffenden Arbeitsräume fließen kann. Dadurch wird eine Erhöhung des mittleren Drucks und folglich eine Erhöhung der durch den Motor gelieferten Leistung erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Heißgaskolbenmaschine mit mehreren Arbeits- räumen, wobei sich an jeden Arbeitsraum eine erste Leitung anschließt, die ein in Richtung des Arbeiisraumes Arbeitsmedium durchlässiges Rückschlagventil enthält, wobei sich weiter an jeden der Arbeitsräume eine zweite Leitung anschließt, die ein der Strömung des Arbeitsmediums zum Arbeitsraum entgegenwirkendes Rückschlagventil enihäl . und sich die ersten Leitungen mit ihrer von den zugehörenden Arbe'tsräumen abgewandten Seite an eine ersie gemeinsame Leitung, und sich die zweiten Leitungen mit ihrer von den zugehörenden Ar- '5 beitsräumen abgewandten Seite an eine zweite gemeinsame Leitung anschließen, wobei die erste und zweite genieinsame Leitung durch einen absperrbaren Speicherbehälter für Arbeitsmedium miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeich- *o net, daß die erste und zweite gemeinsame Leitung (21; 22. 45) auch durch eine parallel zum Speicherbehälter (51) geschaltete Hilfsleitung (23) miteinander verbunden sind, in welche (23) ein Absperrelement (24) aufgenommen ist, das zwischen seinem geschlossenen und seinem völlig geöffneten Zustand kontinuierlich regelbar ist.