DE2608959A1

DE2608959A1 - Mehrkammern-heissgasmotor

Info

Publication number: DE2608959A1
Application number: DE19762608959
Authority: DE
Inventors: Udo Voos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-02
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1977-09-08

Description

Beschreibung
Der Wirkungsgrad kerkömmlicher Explosionsmotoren(mit Ausnahme stationärer Großdieselanalgen)liegt zwischen 18 und 28%. Die Verluste teilen sieh bei.spielswise beim Viertakt-Ott-Motor auf in ca. 34% Abgasverluste, ca.
Verluste über das Kühlwasser und ca. 9% über Abst:rjhlung und Konvektion.
Die Abgasverluste lassen sich reduzieren durch einen Heißgasmotor mit Komplementärwärmetauscher (nach Anm.
P 2543745.0) odur mit Regenerator, wie er beim Stirling-Motor verwendet wird. Bei beiden wird die Restwärme des expandierten Arbeitsgases dazu genutzt, das Arbeitsgas bei einem komplementären oder bei einem folgend in Arbeitshub zu erwärmen.
Die Wärineverluste über die Zylinderwände und das kühlwasser lassen sich erfindungsgemäß reduzieren durch eine Motor -konzeption nach Abb.l. Es handelt sich dabei vorzugsweise um einen Hei1dgasmotor nach dem Prinzip der Anmeldung P?543745 O.
In einem Zylinder bzw. mehreren Zylindern (1,2) befinden sich eine größere Zahl von Zylinderkammern (7,8,9,10), die gegneinander abgedichtet sind. Die einzelnen Kammern werden einerseits durch dünne Zylinderwände (4) gebildet, die mit Abdichtungen (19) gegenüber der Kolbenstange (5,20) versehen sind. Die Kolbenflächen (3,17) andererseits sind mit Abdichtelementen (21) gegenüber der Zylinderaußenwandung versehen. Dadurch kann jeder Zylinder mehrere Systeme oder Systemteile einer Komplementäreinheit nach Anm. 2543745.0 aufnehmen (Abb.3) oder mehrere mit einem Stirling-Regenerator versehene einheiten (Abb.4).
Bei dem Komplementärheißgasmotor (Abb.3) wird das kalte Arbeitsgas aus der Kammer 8 über den Bypass 25, den Komplementärwärmetauscher (26), den Nacherhitzer (27) in die Kammern 9 und lo gedrückt. Der dabei auftretende Druckanstieg im Arbeitsgas wirkt auf den Kolben 3, dessen zweite Kammer (7) gegenüber der Umgebungsluft oder einem Arbeitsgasreservoir geöffnet ist, während der Druckanstieg keine Auswirkung auf den Verdrängerkolben 17 hat, da zwischen Lammer 8 und lo über die Wärmetauscher ein Druckausgleich stattfindet.
Beim Rückhub strömt das nur gering abgekühlte Arbeitsgas aus den Kammern 9 und 10 über den Bypass 28, den Komplementärwärmetauscher (26) und den Nachkühler (29) in die Kammer 8 zurück. Die dabei im Komplementärwärmetauscher abgegebene Wärme wird zur Erwärmuilg des Arbeitsgases des Komplementärsystems genutzt.
ILbb.5 zeigt wahlweise die Anordnung von Verdränger- und Arbeitskoiben eines Systems innerhalb eines Zylinders. In Abb.3 und 4 enthalt ein oder mehrere Zylinder die Verdr;ngrerkolben, während die Arbeitskolben sich in einem anderen Zylinder befinden. Vorzugsweise sollten alle Kammern gleicher Funktion iimerhalb des bzw. der Zylinder mittels gemeinsamer Zuleitungen mit den Wärmetauschern etc. verbunden sein.
Bei einer Ausführung mit Regenerator entfällt das Komplementärsystem (Abb.4). Das kalte Arbeitsgas wird aus der hammer 8 über den Bypass 25, den Regenerator (33) und, den Nacherhitzer (27) in die Kammern 9 und lo gedrückt. Beim Durchströmen des Regenerators gibt dieser die gespeicherte Wärme an das Arbeitsgas ab, die zuvor beim Rückhub vom heißen expandierten Arbeitsgas an den Regenerator abgegeben wurde.
Da bei dem hier beschriebenen Motor keine Stoßbelastungen mehr auf Kolbenflächen, Gleitflächen und Pleuel auftreten, wie das ijeim Explosionsmotor der Fall ist, ist die Lagerung der beweglichen Teile und di e Abdichtung von J olben und Zylindern nicht mehr kritisch. Da bei gleichbleibender Drehzahl der Kurbelwelle dui'ch den geringen Ilub die Gleitgeschwindigkeit der Kolben an den Zylinderwänden gegenüber dem Explosionsmotor erheblich herabgesetzt ist, kann bei Wahl geeigneter Werkstoffe auf eine besondere Kühlung der Zylinderwände verzichtet werden. Damit fällt der erhebliche Wärmeverlust an den Zylinderwänden, wie er beim Explosionsmotor auftritt, fort. Der Motor kann in eine heiße Zone (Kolben, Zylinder, Nacherhitzer und ggf.
Regenerator oder Komplementärwärmetauscher) und eine kalte Zone (Kurbelwelle, Getriebe etc.) getrennt werden.
Da jetzt bei geringen Hublängen hohe Drucke durch die Hintereinanderschaltung der Arbeitskolben auftreten, ist vorzugsweise ein Hebel (14) vorzusehen, dessen Lager 11 und 12 hohe Belastungen aufnehmen müssen, während Pleuel und Kurbelwelle nur gering beansprucht werden.
Die Zylinderwände sind vorzugsweise aus Ringen mit Innenlauffflächen geschichtet, die in einem Außenmantel verspannt sind (Abb.2), wobei sie zugleich die Zwischenwände (4) fixieren und abdichten. In gleicher Weise kann der Aufbau der Kolbenstange erfolgen.
Die Beschleunigung bzw. Drehzahlsteigerung erfolgt vorzugsweise durch Erhöhung des Drucks im Gesamtsystem einschließlich Arbeitsgasreservoir (6) mittels einer Druckpumpe.
Bei einer Anordnung der Verdrängerkolben in 2 Zylindern bei gleichzeitiger Anordnung der Arbeitskolben in einem dritten Zylinder, wie in Abb.3 dargestellt, kann das Arbeitsgasreservoir entfallen, da die l-ammer 7 dem im Gegentakt arbeitenden Komplementärsystem zugeordnet werden kann.

Claims

Patentansprüche 1. Heißgasmotor, bei dem ein kaltes Arbeitsgas mittels eines Verdrängerkolbens vorzugsweise durch einen Komplementärwärmetauscher nach Anmeldung P2543745.0 oder einen Regenerator sowie wahlweise einen Nacherhitzer gedrückt wird, wobei der durch den Temperaturanstieg resultierene Druckanstieg im Arbeitsgas dazu benutzt wird, einen Arbeits-Kolben zu bewegen, während der Verdrängerkolben von beiden Seiten beaufschlagt wird, besonders dadurch gekennzeichnet, daß in einem oder mehreren Zylindern mehrere Kolben innerhalb entsprechender Zylinderkammern hintereinander angeordnet sind, deren Bewegungen durch eine jeweils gemeinsame Kolbenstange synchron erfolgen.
2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise zwei Zylinder vorgesehen sind, von denen einer (1) mehrere Kammern (8) enthält, die das Kalte Arbeitsgas aufnehmen und aus denen das kalte Arbeitsgas bei entsprechender Kolbenbewegung durch die vorzugsweise vorgesehenen Einheiten Bypass, Komplementärwärmetauscher oder Regenerator und Nacherhitzer in die ebenfalls in diesem Zylinder befindlichen Kammern (10) gedrückt wird, während der zweite Zylinder mit vorzugsweise zeitlich nacheilenden Kolben (3) versehen ist, deren eine Fläche vom heißen Arbeitsgas beaufschlagt wird und die durch die Druckdifferenz zwischen heißem Arbeitsgas und Außenluft bzw. Arbeitsgasreservoir einen Arbeitshub ausführen.
3. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise beide Flächen des Arbeitskolbens (3)von im Gegentakt arbeitenden Verdrängerkolbensystemen beaufachlagt werden, wobei sich vorzugsweise die Verdrängerkolben in zwei weiteren Zylindern befinden.
4. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise der Rücktransport den Arbeitsgases in die kammern 8 über Nachkühler erfolgt.
5. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnet, daß der Motor vorzugsweise mit Bypässen versehen ist, mit denen sich Nacherhitzer sowie Nachkühler umschaltbar uberbrucken lasse.
6. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise a@le Kammern (7,8,9,10) in einem Zylinder mit einer gemeinsamen Kolbenstange angeordnet sind (Abb.5).
7. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnet, daß Beschleunigung und Drehzahlsteigerung vorzugsweise durch eine Druckerhöhung im Arbeitsgas des Gesamtsystems ggf. einschließlich Arbeitsgasreservoir herbeigeführt wird.
8. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen an Kolbenstange und Zylinderaußenwandung vorzugsweise durch Laufringe gebildet werden, die auf der Kolbenstange bzw.in der Außenwandung verspannt sind und dabei zugleich Kolbenflächen und Zylindertrennwände fixieren.
9. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnet, daß Zylindertrennwände und Kolbenflächen vorzugsweise aus dünnen Scheiben gebildet sind, die mit Abdichtelementen zur Kolbenstange bzw. zur Zylinderaußenwandung hin versehen sind, vorzugsweise Kolbenringe.
10. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen und die Abdichtelemente vorzugsweise aus Materialkombinationen bestehen, die ohne zusatzliche Schmierung und Außenkühlung auskommen.
11. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange vorzugsweise über ein Pleuel am kurzen Hebelarm eines Hebels angreift, während ein langer Hebelarm über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden ist.
12. Heißgasmotor nach Anspruch 1, besonders dadurch gekennzeichnt, daß vorzugsweise ein isolierte heiße Zone, bestehend aus Zylindern, Kolben, Erhitzern und Wärmetauschern oder Regeneratoren vorgesehen ist.