DE19851721A1 - Multi-cylinder piston engine has inlet valve in fluid feed channel for controlled supply into work chamber enclosed by cylinder and piston face end and outlet valve connected to fluid discharge channel - Google Patents
Multi-cylinder piston engine has inlet valve in fluid feed channel for controlled supply into work chamber enclosed by cylinder and piston face end and outlet valve connected to fluid discharge channelInfo
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Abstract
Description
Kolbenmotor angetrieben mit externen Expansionselementen die von einer äußeren Wärmequelle erhitzt werden. Im folgenden Kollaimotor genannt.Piston engine driven with external expansion elements from an external heat source be heated. In the following called Kollaimotor.
Kann sich in einem Zylinder ein Kolben frei bewegen und ist dieser Zylinder mit einem Expansionselement verbunden (Abb. 1) dehnt sich die darin eingeschlossene Luft aus und drückt den Kolben nach hinten, wenn das Expansionselement verschlossen und erhitzt wird. Das Expansionselement besteht im einfachsten Fall aus einem einfachen Stück Kupferrohr. Um diesen Effekt auf Dauer ausnutzen zu können und daraus mechanische Energie zu erzeugen, bedarf es der im folgenden beschriebenen Vorrichtung.If a piston can move freely in a cylinder and this cylinder is connected to an expansion element ( Fig. 1), the air enclosed expands and pushes the piston backwards when the expansion element is closed and heated. In the simplest case, the expansion element consists of a simple piece of copper pipe. In order to be able to take advantage of this effect in the long term and to generate mechanical energy from it, the device described below is required.
Um diesen Effekt auf Dauer ausnutzen zu können und daraus mechanische Energie zu erzeugen, bedarf es der im folgenden beschriebenen Vorrichtung.In order to be able to use this effect in the long term and to generate mechanical energy from it, the device described below is required.
Aus dem Zylinder und dem Kolben in der Form aus Abb. 2.0 ergibt sich die Zylinder-Kol ben-Kombination in Abb. 2.1The cylinder and piston combination in Fig. 2.0 results from the cylinder and the piston in the form from Fig. 2.0
Fast man vier dieser Zylinder-/Kolbeneinheiten in einem Motor zusammen und verbindet sie durch Leitungen, fügt zusätzliche Ventile und Expansionselemente hinzu, dann ergibt sich das Funktionsschema aus Abb. 3.0. Der Übersichtlichkeit halber wird dies in der Grafik als Boxermotor dargestellt.Almost four of these cylinder / piston units are combined in one engine and connected by pipes, additional valves and expansion elements are added, then the functional diagram from Fig. 3.0 results. For the sake of clarity, this is shown in the graphic as a boxer engine.
Ausgangspunkt stellt folgende Kolbenstellung dar (Abb. 3.1):
Der Kolben in Zylinder A befindet sich an seinem oberen Totpunkt. Kolben B ist so mit der
Kurbelwelle verbunden, daß er sich an seinem unterm Totpunkt befindet, also um 180° gegenüber
dem Kolben A versetzt. Das Kolbenpaar C-D ist in gleicher Weise auf der Kurbelwelle befestigt,
folgt jedoch dem Kolbenpaar A-B um 90° versetzt. Im ganzen System herrscht Umgebungsdruck
und Temperatur. Erwärmt man nun die Expansionselemente und startet den Motor, so geschieht
folgendes:
Der Druckanstieg in Expansionselement A wirkt über die Leitung LEARB
(LEARB Leitung von Expansionselement A nach Rückstauventil B) auf das Rückstauventil
B und verschließt es. Der weitere Druckanstieg wirkt über die Leitung LEAHA
(LEAHA Leitung von Expansionselement A nach Heißkammer A) auf den Kolben A
und drückt ihn in Richtung unteren Totpunkt. Über die Kurbelwelle wirkt sich diese Bewegung auf
alle weiteren Kolben aus. Zylinder A ist über die Leitung LZAC (LZAC
Leitung von Zylinder A nach Zylinder C) mit Zylinder C verbunden.
Während sich Kolben A von seinem oberen zu seinem unteren Totpunkt bewegt, bewegt sich
Kolben C in der ersten Hälfte in entgegengesetzte Richtung und verschließt mit seinem unteren
Kolbenteil die Verbindung LZAC (LZAC Leitung von Zylinder A nach Zylinder C).
Die Bewegung des Kolben B von seinem unterem zu seinem
oberen Totpunkt bewirkt, daß Frischluft durch das Einlaßventil B in die Kaltkammer B gesaugt wird.
In Abb. 3.2 hat Kolben A die Hälfte seines Arbeitshubes in Richtung unterer Totpunkt zurück
gelegt. Die Kurbelwelle hat sich um 90° gedreht. Kolben C hat den oberen Umkehrpunkt erreicht
und bewegt sich nun in Richtung unterer Totpunkt. Expansionselement C baut Druck auf, damit
beginnt der Arbeitshub des Kolben C. Jetzt leisten die zwei Kolben A und C Arbeit. Die Kaltkammer
B ist zur Hälfte mit Frischluft gefüllt. In Abb. 3.3 haben Kolben A und B den Umkehrpunkt erreicht.
Die Kurbelwelle hat sich um 180° gedreht. Die Kaltkammer B ist vollständig mit Frischluft gefüllt.
Kolben A hat seinen Arbeitshub beendet. Kurz nach verlassen des unteren Totpunkt von Kolben A
erreicht die Auslaßkammer C von Kolben C die zur Leitung LZAC
(LZAC Leitung von Zylinder A nach Zylinder C) gehörende Bohrung im
Zylinder C. Damit entspannt sich der im Expansionselement A und in der Heißkammer A
herrschende Druck schlagartig und entweicht durch das Auspuffrohr C. Nun treibt der sich in
Expansionselement B aufbauende Druck den Kolben B. Durch die Verkleinerung es Volumen der
Kaltkammer B erhöht sich der Druck der darin eingeschlossenen Frischluft. Damit schließt
Einlaßventil B und die Frischluft wir durch das Rückstauventil B und die
Leitung LEARB (LEARB Leitung von Expansionselement A nach Rückstauventil B) in das
Expansionselement A gedrückt. Sie verdrängt die darin verbliebene heiße Luft in Richtung
Heißkammer A. Die Heißkammer A wird wiederum durch die Bewegung des Kolben A durch die
Leitung LZAC (LZAC Leitung von Zylinder A nach Zylinder C), die Auslaßkam
mer C und das Auspuffrohr C evakuiert. In Abb. 3.4 erreichen die
Kolben C und D den Umkehrpunkt. Der Auslaß für die Heißkammer A ist immer noch über die
Leitung LZAC (LZAC Leitung von Zylinder A nach Zylinder C),
die Auslaßkammer C und das Auspuffrohr C geöffnet. Die Kurbelwelle hat sich um
270° gedreht. Die Kaltkammer D ist vollständig mit Frischluft gefüllt. Kolben C hat seinen
Arbeitshub beendet. Kurz nach Verlassen des unteren Totpunkt des Kolben C erreicht die
Auslaßkammer A von Kolben A die zur Leitung LZCA (LZCA Leitung von
Zylinder C nach Zylinder A) gehörende Bohrung im Zylinder A. Damit
entspannt sich der im Expansionselement C und in der Heißkammer C herrschende Druck
schlagartig und entweicht durch das Auspuffrohr A. Nun treibt der sich in Expansionselement D
aufbauende Druck den Kolben D. Durch die Verkleinerung es Volumen der Kaltkammer D erhöht
sich der Druck der darin eingeschlossenen Frischluft. Damit schließt Einlaßventil D und die
Frischluft wir durch das Rückstauventil D und die Leitung LECRD (LECRD
Leitung von Expansionselement C nach Rückstauventil D)
in das Expansionselement C
gedrückt. Sie verdrängt die darin verbliebene heiße Luft in Richtung Heißkammer C. Die
Heißkammer C wird wiederum durch die Bewegung des Kolben C durch die Leitung LZCA (LZCA Leitung von Zylinder C nach Zylinder A), die
Auslaßkammer A und das Auspuffrohr A evakuiert. In Abb. 3.5 erreichen die Kolben A und B ihre
Ausgangsstellung. Der Kolben C verschließt die Öffnung der zur Heißkammer A führenden Leitung
LZAC (LZAC Leitung von Zylinder A nach Zylinder C).
Die Kurbelwelle hat sich um 360° gedreht. Die Kaltkammer A ist vollständig mit Frischluft
gefüllt. Kolben B hat seinen Arbeitshub beendet. Kurz nach Verlassen des unteren Totpunkt des
Kolben B erreicht die Auslaßkammer D von Kolben D die zur Leitung LZBD (LZBD
Leitung von Zylinder B nach Zylinder D) gehörende Bohrung
im Zylinder D. Damit entspannt sich der im Expansionselement B und in der Heißkammer B
herrschende Druck schlagartig und entweicht durch das Auspuffrohr D. In Expansionselement A ist
die Luft vollständig erneuert. Nun treibt Kolben D und der sich erneut in Expansionselement A
aufbauende Druck die Kurbelwelle über den Kolben A an. Durch die Verkleinerung des Volumens
der Kaltkammer A erhöht sich der Druck der darin eingeschlossenen Frischluft. Damit schließt
Einlaßventil A und die Frischluft wir durch das Rückstauventil A und die Leitung
LEBRA (LEBRA Leitung von Expansionselement B nach Rückstauventil A) in das
Expansionselement B gedrückt. Sie verdrängt die darin verbliebene heiße Luft in Richtung
Heißkammer B. Die Heißkammer B wird wiederum durch die Bewegung des Kolben B durch die
Leitung LZBD (Leitung von Zylinder B nach Zylinder D), die Auslaßkammer
D und das Auspuffrohr D evakuiert. In Abb. 3.6 erreichen die
Kolben C und D ihren Umkehrpunkt. Die Kurbelwelle hat sich um eine Umdrehung plus 90°
gedreht. Die Kaltkammer C ist vollständig mit Frischluft gefüllt. Kolben D hat seinen Arbeitshub
beendet. Kurz nach Verlassen des unteren Totpunkt des Kolben D erreicht die Auslaßkammer B
von Kolben B die zur Leitung LZDB (LZDB Leitung von Zylinder B nach Zylinder D) gehörende Bohrung im Zylinder B. Damit entspannt sich der
im Expansionselement D und in der Heißkammer D herrschende Druck schlagartig und entweicht
durch das Auspuffrohr B. Nun treibt der sich in Expansionselement C erneut aufbauende Druck
den Kolben C. Durch die Verkleinerung des Volumens der Kaltkammer C erhöht sich der Druck der
darin eingeschlossenen Frischluft. Damit schließt Einlaßventil C und die Frischluft wir durch das
Rückstauventil C und die Leitung LEDRC (LEDRC Leitung von Expansionselement D
nach Rückstauventil C) in das Expansionselement D gedrückt. Sie verdrängt die
darin verbliebene heiße Luft in Richtung Heißkammer D. Die Heißkammer D wird wiederum durch
die Bewegung des Kolben D durch die Leitung LZDB (LZDB Leitung
von Zylinder D nach Zylinder B), die Auslaßkammer B und das Auspuffrohr B
evakuiert. In Abb. 3.7 erreichen die Kolben A und B nach eineinhalb Umdrehungen der
Kurbelwelle erneut den Umkehrpunkt. Nach einer weiteren Drehung der Kurbelwelle um 90° ist
dann auch die Luft in Expansionselement D einmal komplett erneuert.The starting point is the following piston position is (Fig. 3.1):
The piston in cylinder A is at top dead center. Piston B is connected to the crankshaft in such a way that it is at its bottom dead center, ie offset by 180 ° with respect to piston A. The piston pair CD is attached to the crankshaft in the same way, but follows the piston pair AB offset by 90 °. There is ambient pressure and temperature throughout the system. If you now heat the expansion elements and start the engine, the following happens:
The pressure increase in expansion element A acts on the backflow valve B via the LEARB line (LEARB line from expansion element A to backflow valve B) and closes it. The further increase in pressure acts on the piston A via the LEAHA line (LEAHA line from expansion element A to hot chamber A) and pushes it towards bottom dead center. This movement affects all other pistons via the crankshaft. Cylinder A is connected to cylinder C via line LZAC (LZAC line from cylinder A to cylinder C). While piston A moves from its upper to its bottom dead center, piston C moves in the opposite direction in the first half and closes the connection LZAC (LZAC line from cylinder A to cylinder C) with its lower piston part. The movement of the piston B from its bottom to its top dead center causes fresh air to be drawn into the cold chamber B through the inlet valve B. In Fig. 3.2 A piston has covered half of its working stroke bottom dead center in the direction back. The crankshaft has turned 90 °. Piston C has reached the upper turning point and is now moving towards the bottom dead center. Expansion element C builds up pressure, thus starting the working stroke of piston C. Now the two pistons A and C do the work. Cold chamber B is half full of fresh air. In Fig. 3.3 piston A and B have reached the turning point. The crankshaft has turned 180 °. The cold chamber B is completely filled with fresh air. Piston A has completed its working stroke. Shortly after leaving the bottom dead center of piston A, the outlet chamber C of piston C reaches the bore in cylinder C belonging to line LZAC (LZAC line from cylinder A to cylinder C). This relieves the pressure in expansion element A and in hot chamber A abruptly and escapes through the exhaust pipe C. Now the pressure building up in the expansion element B drives the piston B. By reducing the volume of the cold chamber B, the pressure of the fresh air enclosed therein increases. This closes inlet valve B and the fresh air is pressed into the expansion element A through the backflow valve B and the line LEARB (LEARB line from expansion element A to backflow valve B). It displaces the hot air remaining in the direction of the hot chamber A. The hot chamber A is in turn evacuated by the movement of the piston A through the line LZAC (LZAC line from cylinder A to cylinder C), the exhaust chamber C and the exhaust pipe C. In Fig. 3.4, the pistons C and D reach the turning point. The outlet for hot chamber A is still open via line LZAC (LZAC line from cylinder A to cylinder C), outlet chamber C and exhaust pipe C. The crankshaft has turned 270 °. The cold chamber D is completely filled with fresh air. Piston C has completed its working stroke. Shortly after leaving the bottom dead center of piston C, the outlet chamber A of piston A reaches the bore in cylinder A belonging to line LZCA (LZCA line from cylinder C to cylinder A). The pressure in expansion element C and in hot chamber C thus relaxes abruptly and escapes through the exhaust pipe A. Now the pressure building up in the expansion element D drives the piston D. By reducing the volume of the cold chamber D, the pressure of the fresh air enclosed therein increases. This closes inlet valve D and the fresh air is pressed into the expansion element C through the backflow valve D and the line LECRD (LECRD line from expansion element C to backflow valve D). It displaces the hot air remaining in the direction of the hot chamber C. The hot chamber C is in turn evacuated by the movement of the piston C through the line LZCA (LZCA line from cylinder C to cylinder A), the outlet chamber A and the exhaust pipe A. In Fig. 3.5, the pistons A and B reach their initial position. The piston C closes the opening of the line LZAC leading to the hot chamber A (LZAC line from cylinder A to cylinder C). The crankshaft has rotated 360 °. The cold chamber A is completely filled with fresh air. Piston B has ended its working stroke. Shortly after leaving the bottom dead center of piston B, the outlet chamber D of piston D reaches the bore in cylinder D belonging to line LZBD (LZBD line from cylinder B to cylinder D). The pressure in expansion element B and in hot chamber B thus relaxes suddenly and escapes through the exhaust pipe D. In expansion element A, the air is completely renewed. Now piston D and the pressure building up again in expansion element A drives the crankshaft via piston A. By reducing the volume of the cold chamber A, the pressure of the fresh air enclosed therein increases. This closes inlet valve A and the fresh air is pressed into the expansion element B through the backflow valve A and the line LEBRA (LEBRA line from expansion element B to backflow valve A). It displaces the hot air remaining in the direction of the hot chamber B. The hot chamber B is in turn evacuated by the movement of the piston B through the line LZBD (line from cylinder B to cylinder D), the outlet chamber D and the exhaust pipe D. In Fig. 3.6, the pistons C and D reach its turning point. The crankshaft has rotated one turn plus 90 °. The cold chamber C is completely filled with fresh air. Piston D has ended its working stroke. Shortly after leaving the bottom dead center of the piston D, the outlet chamber B of the piston B reaches the bore in the cylinder B belonging to the line LZDB (LZDB line from cylinder B to cylinder D). The pressure in the expansion element D and in the hot chamber D is thus relaxed abruptly and escapes through the exhaust pipe B. Now the pressure which builds up again in expansion element C drives the piston C. By reducing the volume of the cold chamber C, the pressure of the fresh air enclosed therein increases. This closes the inlet valve C and the fresh air is pressed into the expansion element D through the backflow valve C and the line LEDRC (LEDRC line from expansion element D to backflow valve C). It displaces the hot air remaining in the direction of the hot chamber D. The hot chamber D is in turn evacuated by the movement of the piston D through the line LZDB (LZDB line from cylinder D to cylinder B), the outlet chamber B and the exhaust pipe B. In Fig. 3.7, the pistons A and B again reach the turning point to one and a half revolutions of the crankshaft. After a further rotation of the crankshaft by 90 °, the air in expansion element D is also completely renewed.
Größe und Material, sowie die Volumenverhältnisse der Kammern und Expanionselemente sind abhängig von der gewünschten Leistung und den zu erwartenden Temperaturen.Size and material, as well as the volume ratios of the chambers and expansion elements are depending on the desired performance and the expected temperatures.
In einen rechteckigen massiven Block (vorzugsweise Aluminium) werden die vier Zylinder in der Form nach Abb. 4 ausgearbeitet. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit werden zusätzlich Stahlzylinder eingelassen. Auf den Zylinderblock wird ein Zylinderkopf und ein Zylinderboden aufgeschraubt (Abb. 4.1). Im Zylinderkopf befinden sich Gewindelöcher, in denen die Leitungen zu den Expansionselementen eingeschraubt werden. Der Zylinderboden enthält Bohrungen für die Kolbenstange, Dichtung und Führungsbuchse. Kurbelwellengehäuse mit Kurbelwelle und Schwungscheibe, sowie Seitenteile und Dichtungen nach Abb. 4.3, in denen Bohrungen und Kanäle für die Leitungen ausgefräst sind (Abb. 4.4 und Abb. 4.5), bilden den seitlichen Abschluß. Die Kolben werden aus zwei Teilen mit der Kolbenstange zusammen geschraubt und durch Kontermuttern gesichert (Abb. 4.6).The four cylinders are worked out in a rectangular solid block (preferably aluminum) in the form shown in Fig. 4. Steel cylinders are also inserted to increase wear resistance. A cylinder head and a cylinder base are screwed onto the cylinder block ( Fig. 4.1). There are threaded holes in the cylinder head in which the lines to the expansion elements are screwed in. The cylinder base contains holes for the piston rod, seal and guide bush. Crankshaft housing with crankshaft and flywheel, as well as side parts and seals according to Fig. 4.3, in which holes and channels for the lines are milled ( Fig. 4.4 and Fig. 4.5), form the side closure. The pistons are screwed together from two parts with the piston rod and secured with lock nuts ( Fig. 4.6).
Der in Abb. 5 schematisch gezeichnete Motor entspricht in seiner Funktion genau dem in Abb. 3.0. Lediglich die Zylinder-/Kolbeneinheiten sind hier in je zwei Zylinder und zwei Kolben aufgeteilt. Durch die offene Form der Zylinder können die Kolben- und Treibstangen durch Pleulstangen ersetzt werden. In dieser Form erleichtert sich auch die Abdichtung mit Hilfe von Dichtungsringen.The function of the motor shown schematically in Fig. 5 corresponds exactly to that in Fig. 3.0. Only the cylinder / piston units are divided into two cylinders and two pistons. Due to the open shape of the cylinders, the piston and drive rods can be replaced by connecting rods. In this form, sealing is also made easier with the help of sealing rings.
Der Aufbau der zum Betreiben erforderlichen Brennkammer und der Expansionselemente ist abhängig von der zur Verfügung stehenden Hitzequelle und/oder dem Brennstoff. Bei Verwendung von festen Brennstoffen wird die Brennkammer ähnlich einem Röhrendampfkessel aufgebaut. Die Expansionselemente durchlaufen dabei einen beheizten Raum, wo sie von der Strahlungswärme der Flammen und den heißen Rauchgasen umspült werden.The structure of the combustion chamber required for operation and the expansion elements is depending on the available heat source and / or the fuel. Using the combustion chamber of solid fuels is constructed similar to a tubular steam boiler. The Expansion elements pass through a heated room, where they are radiated by the radiant heat of the flames and the hot flue gases.
Bei Verwendung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen könnte die Brennkammer in der Form nach Abb. 6 aufgebaut werden. Die Innenwandung ist dabei mit Schamott oder Keramik zu isolieren. Die zur Verbrennung erforderliche Luft liefert der Motor selbst.When using liquid or gaseous fuels, the combustion chamber could be constructed in the form shown in Fig. 6. The inner wall is to be insulated with fireclay or ceramic. The engine itself supplies the air required for combustion.
Obwohl jede beliebige Wärmequelle genutzt werden kann, liegt die Bedeutung des Kollaimotors vornehmlich in Verbindung mit Solarkollektoren als Expanionselemente. Optimaler Wirkungsgrad wird erzielt, wenn die Expanionselemente im Brennpunkt von Parabolspiegeln angeordnet werden.Although any heat source can be used, the importance of the collaimotor lies primarily in connection with solar collectors as expansion elements. Optimal efficiency is achieved if the expansion elements are arranged in the focal point of parabolic mirrors.
In Verbindung mit einem Stromgenerator kann der Motor auf Grund seiner einfachen Bauweise, der geringeren thermischen und mechanischen Belastung im Gegensatz zu einem Explosionsmotor und der daraus resultierenden längeren Lebensdauer, in einem Blockheizwerk die Kosten erheblich reduzieren.In connection with a power generator, the simple construction, the lower thermal and mechanical stress compared to an explosion engine and the resulting longer service life, the costs in a block heating plant reduce significantly.
Wenn die Expanionselemente im Brennraum einer Müllverbrennungsanlage verlegt werden, kann der Motor zur Stromerzeugung genutzt werden.If the expansion elements are installed in the combustion chamber of a waste incineration plant, the engine can be used to generate electricity.
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998151721 DE19851721A1 (en) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Multi-cylinder piston engine has inlet valve in fluid feed channel for controlled supply into work chamber enclosed by cylinder and piston face end and outlet valve connected to fluid discharge channel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998151721 DE19851721A1 (en) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Multi-cylinder piston engine has inlet valve in fluid feed channel for controlled supply into work chamber enclosed by cylinder and piston face end and outlet valve connected to fluid discharge channel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19851721A1 true DE19851721A1 (en) | 2000-05-11 |
Family
ID=7887254
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998151721 Withdrawn DE19851721A1 (en) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Multi-cylinder piston engine has inlet valve in fluid feed channel for controlled supply into work chamber enclosed by cylinder and piston face end and outlet valve connected to fluid discharge channel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19851721A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014135895A1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-12 | Whittaker Engineering (Stonehaven) Limited | A thermodynamic machine |
-
1998
- 1998-11-10 DE DE1998151721 patent/DE19851721A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014135895A1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-12 | Whittaker Engineering (Stonehaven) Limited | A thermodynamic machine |
US9494107B2 (en) | 2013-03-08 | 2016-11-15 | Foster Findlay Associates Limited | Thermodynamic machine |
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