DE803388C - Freikolben-Treibgaserzeuger - Google Patents

Freikolben-Treibgaserzeuger

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Publication number
DE803388C
DE803388C DEP51523A DEP0051523A DE803388C DE 803388 C DE803388 C DE 803388C DE P51523 A DEP51523 A DE P51523A DE P0051523 A DEP0051523 A DE P0051523A DE 803388 C DE803388 C DE 803388C
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DE
Germany
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propellant gas
gas generator
free piston
piston
generator according
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Expired
Application number
DEP51523A
Other languages
English (en)
Inventor
Willi Kastert
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Individual
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/18Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/06Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output
    • F02C5/08Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output the gas generator being of the free-piston type

Description

  • Freikolben-Treibgaserzeuger Der Grundgedanke des Treibgaserzeugers ist bekannt. Er beruht auf der Aufladung eines Verbrennungsmotors auf ein so hohes Druckniveau, daß die gesamte Motorleistung für die \'orverdichtung der Verbrennungsluft benutzt wird. die Nutzleistung aber erst durch die Expansion der den Motor mit aufgestautem Druck verlassenden .Abgase in einer zweiten Kraftmaschine, vorzugsweise einerTurbine, erzeugt wird. Der Hauptvorteil des Treibgasverfahrens besteht in der Möglichkeit, durch die Zusammenarbeit des für hohe Drücke und Temperaturen geeigneten Kolbenmotors mit der für niedrige Drücke und damit große Gasvolumen geeigneten Turbine hohe Wirkungsgrade zu erzielen. Mit diesem Verfahren sind bereits heute die Wirkungsgrade des Dieselmotors, der bisher wirtschaftlichsten Verbrennungskraftmaschine, überschritten worden. Außer den bekannten Treibgaserzeugern mit Kurbeltrieb (Dieselmotor mit gekuppeltem Verdichter) werden bereits Treibgaserzeuger benutzt, die ähnlich wie die Freikolbenverdichter (Bauart Junkers und Pescara) aus zwei gegenläufigen Motorkolben bestehen, die mit je einem Verdichterkolben größeren Durchmessers organisch verbunden sind. ?Motor und Verdichter sind also ohne Umweg über eine Kurbelwelle unmittelbar miteinander verbunden. Diese Freikolben-Treibgaserzeuger vermeiden die Verluste, die durch Kurbelwelle und Pleuelstan-. gen entstehen, benötigen aber immer noch ein Kuppungsgetriebe mit Zahnstangen und Zahnrädern oder ein Parallelogrammhebelsystem, um den Gleichgang der gegenläufigen Kolben zu sicberri. Besondere Einrichtungen sind bei diesen Ausführungen auch noch notwendig, um die Bewegungsenergie der Kolben aufzufangen und sie wieder in die innere Totlage zurückzuführen. Entweder muß die Kolben-
    rückführungsenergie allein in den entsprechend be-
    messenen Toträumen der Verdichterzylinder auf-
    gespeichert werden, oder es müssen zwei besonders
    eingebaute Luftkissen die Rückführungsarbeit über-
    nehmen. Auch die Regelung bildet bei den bisher
    bekannten gegenläufigen Freikolben-Treibgaserzeu-
    gern ein besonders schwieriges Problem. Die mittels
    Druckluft gespeicherte Kolbenrückführungsenergie
    muB auf den Arbeitshub der Kolben, d. h. auf die
    Belastung abgestimmt werden.
    Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nach-
    teile der gegenläufigen Kolben dadurch, daß die
    organisch miteinander verbundenen Verdichter- und
    Motorzylinder beweglich gelagert sind und im
    Gegenlauf doppelt wirkend mit den ebenfalls orga-
    nisch verbundenen Verdichter- und Motorkolben
    arbeiten.
    Die Abb. i zeigt das Schema einer einfachen Aus-
    führungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens, wäh-
    rend die Abb. 2 und 3 weitere Verbesserungsmög-
    lichkeiten zeigen. In dem fest stehenden Gehäuse i
    ist ein Z - 1 n" i ".r e 2, axial frei beweglich ge-
    lagert. Der Zy-Iin er orper besteht aus zwei Motor-
    zylindern und einem in der Mitte befindlichen Ver-
    dichterzylinder größeren Durchmessers. Im Inneren
    des Zylinderkörpers ist ein ebenfalls frei beweg-
    licher Kolbenkörüer 3 angeordnet, bestehend aus
    zwei :Motorkolben und einem zwischen diesen ein-
    gebauten *doppelt wirkendenVerdichterkolben. Zy!in-
    der- und er bewegen sich im Betrieb
    gegenläufig. Diben sind gegen die Zylinder-
    laufflächen und die Zylinder gegen die Gehäuselauf-
    flächen mittels Kolbenringe .4 abgedichtet. Das An-
    fahren des Treibgaserzeugers geschieht entweder
    durch wechselseitiges Einblasen von Preßluft durch
    dieöffnüngen 5 und 5' in dieVerbrennungsräume 15
    und 15' oder durch Hinundherschleudern des
    Zylinderkörpers 2 zwischen den beiden Totlagen
    mittels des Bolzens 6. Durch die Druckluft oder die
    Massenkräfte wird der Kolbenkör er 3 in die ent-
    gegengesetzte Totlage geschleudert. Dec-Verdichter-
    kolben%au t hierbei durch die Gehäusesc i' tfiT z
    # unnctie in aBventile 8' Frischluft in den Ver-
    dichterraum 9'. Beim Rückgang der Zylinder- und
    Kolbenkörper wird die uff t vorverdichtet und durch
    @` t`\ as enti iö in den Kolbeninnenraum i i gedrückt.
    Kurz vor Erreichen der#Tolt ai-zee werden die AuslaB-
    schlitze 12 im Gehäuse durch die Steuerschlitze 13
    desZylinderkörpers freigegeben, die Frischluft kann
    durch das Ventil 14 in den Verbrennungsraum 15
    einströmen. Beim nächsten Takt wird die Verbren-
    nungsluft hoch verdichtet. Kurz vor der nächsten
    Totlage wird durch die Brennstoffdüse 16 und den
    Steuerschlitz 13 Brennstoff in den Verbrennungs-
    raum 15 eingespritzt, der durch Selbstzündung in
    der hocherhitzten Luft zur Verbrennung kommt.
    Beim folgenden Takt findet der gleiche Vorgang im
    Verbrennungsraum 15' statt. Die, in der Abbildung
    nicht gezeichnete Brennstoffpumpe wird durch den
    Bolzen 6 gesteuert. Der Treibgaserzeuger arbeitet
    nun selbständig. Die Abgase werden durch die
    Steuerschlitze 12, 12' und 13, 13' sowie die Ab-
    strömrohre 17 und 17' der Nutzleistungsmaschine,
    beispielsweise einer in der Abbildung nicht gezeichneten T,,,.h,,, e, zugeleitet. Der Staudruck der Treibgase ist abhängig von der geförderten Luftmenge und dem DurchfluBquerschnitt der Turbine. Die in den Kolbenböden befindlichen EinlaBventile 1.4 und 14 öffnen sich selbsttätig, sobald der Druck in den Verbrennungsräumen 15 und 15' unter den des Kolbeninnenraumes i i gefallen ist. Die Leistungsregelung geschieht in einfachster Weise durch Änderung der Brennstoffmenge, wodurch die Spielzahl pro Minute und damit die Fördermenge und das Druckniveau in den Verbrennungsräumen geändert wird. Die in den Verbrennungsräumen sowohl dem Kolbenkörper 3 als auch dem Zylinderkörper 2 übertragene Bewegungsenergie wird durch die Verdichterarbeit in den entgegengesetzten Verbrennungs- und Verdichterräumen aufgefangen. Da die Rückführung der Kolben- und Zylinderkörper durch die Doppelwirkung entfällt, ist auch-eine besondere Regelung derRückführungsenergie unnötig. Weiter sind Kolben- und Zylinderkörper pneumatisch miteinander gekuppelt, so daß auch ein Synchronisiergetriebe überflüssig ist. Ein weiterer Vorteil derErfindung ist, daß das doppelt wirkende Verfahren einen gleichmäßigeren Druck des Abgasstromes erzeugt als das Verfahren mit Gegenlaufkolben. Die Zwischenschaltung eines Druckausgleichbehälters zwischen Treibgaserzeuger und Turbine ist damit nicht mehr nötig. Für das Verhältnis der Kolben- und Zylindergeschwindigkeiten sind in erster Linie die Massen dieser Körper maßgebend. Der etwas größere Reibungswiderstand des Zylinderkörpers kann durch eine entsprechende Bemessung seiner Masse ausgeglichen werden. Für den Gaswechselprozeß ist es vorteilhaft, daB die AuslaB-schlitze, nachdem Kolben- und Zylinderkörper die Totpunkte erreicht haben, schnell wiedergeschlossen werden. Dies wird nach der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise dadurch erreicht, daß die Massen der sich hin und her bewegenden Körper und damit die in der gleichen Zeitspanne zurückgelegten Hubwege verschieden groß gewählt werden. Ebenso können durch Anordnung von Luftkissen 18' (Abb. 2) oder Federn i9' (Abb.3) die öffnungs-und Schließzeiten der Steuerschlitze in der Weise beeinfluBt werden, daB ein besonders günstiger Gaswechsel erzielt wird. Luftkissen oder Federn können auch bei verschieden großen Hüben der Kolben-und Zylinderkörper angeordnet werden.

Claims (6)

  1. PATENTA`SPRCC1iE: i. Freikolben-Treibgaserzeuger mit axial beweglichem Zylinderkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die organisch miteinander verbundenen Verdichter- und Motorzylinder im Gegenlauf doppelt wirkend mit den ebenfalls organisch verbundenen Verdichter- und Motorkolben arbeiten.
  2. 2. Freikolben-Treibgaserzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB Verdichter und Motorräume wechselseitig miteinander arbeiten. 3.
  3. Freikolben-Treibaserzeuger nach Ansprüchen i und ?, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Auslaßschlitze durch den hin und her schwingenden Zylinderkörper erfolgt.
  4. Freikolhen-Treibgaserzeuger nach Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffeinspritzpunkt sowie der Zündpunkt von der Stellung des Zylinderkörpers gesteuert «erden.
  5. 5. Freikolben-Treibgaserzeuger nach An-Sprüchen i bis .4, dadurch gekennzeichnet, dalli das Verhältnis Zylinderhub : Kolbenhub gleich groß oder kleiner ist als das Verhältnis Kolbenmasse : Zylindermasse.
  6. 6. Freikolben-Treibgaserzeuger nach Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung und Beschleunigung des Zylinderkörpers vor und nach Erreichung des Totpunktes durch Luftkissen oder Federn beeinflußt wird.
DEP51523A 1949-08-10 1949-08-10 Freikolben-Treibgaserzeuger Expired DE803388C (de)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE905903C (de) * 1951-06-08 1954-03-08 Fritz Brueckner Dipl Ing Verbrennungskraftmaschine
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DE1080819B (de) * 1957-10-18 1960-04-28 Messerschmitt Ag Treibgaserzeuger fuer Gasturbinen mit achsparalleler Zylinderanordnung
DE1093139B (de) * 1956-08-08 1960-11-17 Eugen Wilhelm Huber Dr Ing Verbrennungskraftmaschine mit frei schwingenden Kolben zur Erzeugung von elektrischer Energie (Schwinggenerator)
US2982271A (en) * 1956-04-23 1961-05-02 Ralph M Heintz Hot gas producer of the freee-piston type and method for starting and operating the same
DE1246314B (de) * 1958-01-23 1967-08-03 Stewart Warner Corp Freikolbenmaschine
US3461668A (en) * 1957-07-17 1969-08-19 John Kuhn Free piston heat engine construction for heating the working fluid inside the piston

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