DE4226547C2 - Generator für hochverdichtete Verbrennungsgase zum direkten oder indirekten Antrieb von Arbeitsmaschinen, wie Hubkolben- und Kreiskolbenmaschinen sowie Gasturbinen - Google Patents

Generator für hochverdichtete Verbrennungsgase zum direkten oder indirekten Antrieb von Arbeitsmaschinen, wie Hubkolben- und Kreiskolbenmaschinen sowie Gasturbinen

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

Die Erfindung betrifft einen Generator für hochverdichtete Verbrennungsgase gemäß dem Oberbegriff des 1. Patentanspruchs.
Generatoren sind bekannt, z. B. durch die DE-PS 8 63 574, die aber alle die erzeugten Verbrennungsgase nur unvollständig oder nach erheblichem Druckabfall an die Verbraucher weiterleiten können.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist die Entwicklung eines in Verbindung zur Arbeitsmaschine variabel einsetzbaren Generators für hochverdichtete Verbrennungsgase, aus dem die erzeugten Verbrennungsgase möglichst vollständig ohne Spülung abgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst.
Der Generator besteht aus einem Kolbenkompressor, dessen Zylinderkopf durch einen Zwischenkolben ersetzt wird, der in einem äußeren Zylinder­ mantel läuft und zwischen beiden Zylindern bewegt werden kann. Die Steu­ erung dieser Bewegung erfolgt mechanisch durch eine Steuerscheibe, die fest auf der Welle des Generators sitzt und mehrere Zwischenkolben gleich­ zeitig steuern kann. Ebenso ist eine hydraulische Steuerung möglich.
Der Raum zwischen dem äußeren Zylindermantel und dem Zwischenkolben bil­ det den Kompressionsraum.
Die Kolben-Arbeitsmaschine entspricht in der Konstruktion einem üblichen Kurbeltriebmotor, bei dem jedoch der Kompressionsraum, die Zündung und die Ventilsteuerung entfallen ist. Jeder Zylinder hat 2 selbsttätig wirkende Ventile, ein Auslaß-Ventil über das die Abgase abgeleitet werden und ein Einlaß-Ventil, über das die hochgespannten Gase eingeleitet werden.
Bei direktem Betrieb ist dieses Ventil gleichzeitig das Auslaß-Ventil des Generators, dessen Welle mit der Welle der Arbeitsmaschine verbunden ist.
Bei indirektem Betrieb wird der Generator durch einen Elektro- oder Ver­ brennungsmotor, oder durch eine separate Arbeitsmaschine angetrieben. Die Drehzahl ist von der Drehzahl der Arbeitsmaschine unabhängig und wird durch den Betriebsdruck des Speichers geregelt.
Der Speicher, der aus einem isolierten Behälter besteht, wird nur für den indirekten Betrieb benötigt und nimmt die im Generator erzeugte hoch­ gespannte Gasmenge auf. Über einen Regler, der vom Gaspedal im Fahrzeug gesteuert wird, wird das Gas an die Arbeitsmaschine weitergeleitet. Beim Stillstand des Fahrzeuges wird kein Gas verbraucht, während des Fahrens immer nur soviel wie die wirkliche Belastung erfordert.
In beiliegender Zeichnung werden Aufbau und Wirkungsweise des Generators dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch den Generator,
Fig. 2 die Steuerkurve des Zwischenkolbens und den zeitlichen Ablauf der Funktionen des Kompressors und des Zwischenkolbens.
In Fig. 1 ist der Zylindermantel 1 des Kompressors zu erkennen, in dem der von der Generatorwelle 9 betätigte Kolben 2 hin- und herläuft. Koaxial zum Zylindermantel 1 ist ein einseitig geschlossener äußerer Zylinder 4 angeordnet, der den Zylindermantel 1 stirnseitig auf einer bestimmten Länge übergreift. Über die innerhalb des äußeren Zylinders 4 liegende Stirnseite des Zylindermantels 1 greift ebenfalls ein Zwischenkolben 3, der einerseits bei Punkt c auf dem Zylindermantel 1 aufliegen und sich andererseits im äußeren Zylinder hin- und herbewegen kann. Betätigt wird der Zwischenkolben 3 durch zwei Steuerscheiben 8 über die Führungsstifte 10, wobei die Steuerscheiben 8 fest auf der Generatorwelle 9 angeordnet sind und demzufolge sich mit dieser drehen. Zwischen dem Zwischenkolben 3 und dem äußeren Zylinder 4 befindet sich der Kompressionsraum 5, während der Zylindermantel 1, der Kolben 2 und der Zwischenkolben 3 einen Ansaugraum begrenzen. Zur Füllung und Entleerung des Kompressionsraumes 5 und des Ansaugraumes sind in der stirnseitigen Wand des äußeren Zylinders 4 ein Auslaßventil und im Zwischenkolben 3 ein Einlaßventil 7 und ein Ventil 11 angeordnet.
Die Wirkungsweise des Generators ist folgende:
Die Stellung in Fig. 1 entspricht dem Zündzeitpunkt. Der Kolben 2 hat den oberen Totpunkt erreicht. Der Zwischenkolben 3 liegt bei Punkt c auf den Zylindermantel 1 auf und wird durch die Kurvenscheiben 8 in dieser Position gesichert. Das Gemisch wird gezündet und die hochgespannten Verbrennungsgase gelangen über das mit Kompressionsdruck vorgespannte Auslaßventil 6 zum Verbraucher oder zum Speicher. Der Verbrennungshöchstdruck wird auf das Gehäuse des Generators übertragen, nicht aber auf dessen Kurbeltrieb. Zur gleichen Zeit saugt der Kompressor, durch die Bewegung des Kolbens 2 nach unten, über das Einlaßventil 7, das mit einer Ansaugleitung verbunden ist, Frischluft an.
Nachdem der Druck im Kompressionsraum 5 bereits gefallen ist, heben die beiden Steuerscheiben 8 den Zwischenkolben 3 mittels der Führungsstifte 10 an und drücken das im Kompressionsraum 5 verbliebene Restgas zum Verbraucher oder zum Speicher. Gleichzeitig wird bei dieser Bewegung des Zwischenkolbens 3 Frischluft über das Einlaßventil in den Ansaugraum gesaugt. Kurz bevor der Kolben 2 den unteren Totpunkt erreicht und damit auch vor Ende des Ansaugtaktes wird der Zwischenkolben 3 wieder zurückgeführt, bis er bei Punkt c auf dem Zylindermantel 1 aufsitzt. Dabei strömt Frischluft über das Ventil 11 in den Kompressionsraum 5. Nachdem sich der Kolben 2 über den unteren Totpunkt hinausbewegt hat, wird das Einlaßventil 7 geschlossen und die Verdichtung beginnt. Am Ende dieses Taktes steht verdichtete Frischluft für einen erneuten Verbrennungsprozeß bereit.
Dieser Ablauf ist auch aus Fig. 2 entnehmbar.

Claims (10)

1. Generator für hochverdichtete Verbrennungsgase zum direkten oder indirekten Antrieb von Arbeitsmaschinen, wie Hubkolben- und Kreiskolbenmaschinen sowie Gasturbinen, insbesondere einer Kolben-Arbeitsmaschine zum Antrieb von Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf eines Kolbenkompressors aus einem beweglichen Zwischenkolben (3) besteht, der auf dem Zylindermantel (1) aufliegt und sich in einem äußeren Zylinder (4) bewegen kann, der mit dem Zylindermantel (1) des Kompressors verbunden ist, wobei der Raum zwischen dem äußeren Zylindermantel (4) und dem Zwischenkolben (3) den Kompressionsraum (5) bildet.
2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Zwischenkolbens (3) durch mindestens eine Steuerscheibe (8) erfolgt, die fest auf der Generatorwelle (9) sitzt und gleichzeitig mehrere Zwischenkolben (3) steuern kann, oder durch eine hydraulische Vorrichtung.
3. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Otto- oder Dieselverfahren arbeitet.
4. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hochgespannte Verbrennungsgas über ein Auslaß-Ventil (6), das mit dem Kompressionsdruck vorgespannt ist, einem Verbraucher oder einem Speicher zugeführt wird und nach erheblichem Druckabfall das im Kompressionsraum verbliebene Rest-Gas nachgeführt wird.
5. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei direktem Betrieb die Generatorwelle (9) mit der Welle der Arbeitsmaschine verbunden ist und das hochgespannte Gas direkt zur Arbeitsmaschine weitergeleitet wird.
6. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator und die Kolben-Arbeitsmaschine in einem Mehrzylinderblock mit gemeinsamer Welle zusammengefaßt sind.
7. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei indirektem Betrieb das hochgespannte Gas in den isolierten Speicher geführt wird und von dort über einen Regler zur Arbeitsmaschine weitergeleitet wird.
8. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator keine mechanische Verbindung zur Arbeitsmaschine hat und ihre Drehzahlen unabhängig voneinander sind.
9. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator durch einen Elektro- oder einen Verbrennungsmotor oder eine separate Arbeitsmaschine angetrieben werden kann, wobei seine Drehzahl durch den Betriebsdruck im Speicher gesteuert wird.
10. Generator nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er Bestandteil eines Kurbeltrieb-Motors ist.
DE4226547A 1992-08-11 1992-08-11 Generator für hochverdichtete Verbrennungsgase zum direkten oder indirekten Antrieb von Arbeitsmaschinen, wie Hubkolben- und Kreiskolbenmaschinen sowie Gasturbinen Expired - Fee Related DE4226547C2 (de)

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