WO1992002723A1 - Hubkolbenmaschine zur umwandlung von wärme in kraft nach dem stirling-prozess mit zuführung der wärme durch innere verbrennung - Google Patents
Hubkolbenmaschine zur umwandlung von wärme in kraft nach dem stirling-prozess mit zuführung der wärme durch innere verbrennung Download PDFInfo
- Publication number
- WO1992002723A1 WO1992002723A1 PCT/DE1991/000607 DE9100607W WO9202723A1 WO 1992002723 A1 WO1992002723 A1 WO 1992002723A1 DE 9100607 W DE9100607 W DE 9100607W WO 9202723 A1 WO9202723 A1 WO 9202723A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- regenerator
- hot
- heat
- gas
- gas space
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G3/00—Combustion-product positive-displacement engine plants
- F02G3/02—Combustion-product positive-displacement engine plants with reciprocating-piston engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
- F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2244/00—Machines having two pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/85—Crankshafts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Hubkolbenmaschine zur Umwandlung von Wärme in Kraft nach dem Stirling-Prozess mit Zuführung der Wärme durch innere Verbrennung. Drei volumenveränderliche Gasräume (1, 2, 3) und ein Regenerator (4) werden über zwangsgesteuerte Ventile (7, 8, 9, 10) verbunden, so dass ein Kompressions- (2), Expansions- (1), sowie ein Abgasraum (3) entsteht. Für den Gaswechsel entstehen aufgrund der Anordnung jeweils ein Kolbenhub für Ansaugen und Ausschieben zur Verfügung. Die Erfindung verbindet die hohen Expansionstemperaturen der inneren Verbrennung mit dem thermodynamisch günstigen Stirling-Prozess.
Description
Hubkolbenmaschine zur Umwandlung von Wärme in Kraft nach dem Stirling-Prozeß mit Zuführung der Wärme durch innere Verbrennung.
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine nach- dem Stir¬ ling-Prozeß mit Zuführung der Wärme durch innere Verbrennung. Regenerative Motoren mit innerer Verbrennung sind in ver¬ schiedener Ausführung bekannt geworden. In dem Patent 19 9191-B2 von Konstantin Pattas»wird eine Hubkolbenmaschine mit zwei Kolben und dazwischenliegendem Regenerator be¬ schrieben. Ferner sind Maschinen von Miwa, Patent 46-4682 (1972/2) Japan, sowie von Naotsugu Isshiki und Shinji Moriya (4th Internatonal Conference on Stirling Engines 024) und von Paveletic (2oth IECEC Report 859375 at San Franzisco 1985) bekannt geworden.
Diese bekanntgewordenen Motoren benützen alle ein Einraum¬ system in dem Kolben und Verdränger ( Miwa,Isshiki) oder zwei Kolben (Pattas,Paveletic) Volumenveränderung und Gasver¬ schiebung von kalt nach heiß vornehmen. Der Gaswechsel er¬ folgt ausschließlich durch kolbenübersteuerte Spülschlitze. Diese Motoren haben grundsätzlich mit der Erfindung gemein, daß ein regenerativer Prozeß mit innerer Verbrennung ver¬ bunden wird. Weitere Gemeinsamkeiten sind aber nicht vorhanden, Durch die Benützung von Spülschlitzen für den Gaswechsel öffnet der Auslaß immer kurz vor dem unteren Totpunkt des kalten Kolbens. Zu diesem Zeitpunkt ist aber in Folge der nötigen Phasenverschiebung noch nicht alles Gas von der heißen Seite auf die kalte übergeschoben (Pattas) , beziehungsweise der Verdränger/Regenerator hat den oberen Totpunkt noch nicht erreicht (Isshiki). Der Druck im Zylinder ist also nicht vollständig abgebaut und expandiert über die Spülschlitze ungenutzt, wobei deml^generator wertvolle Wärme verlorengeht. Ein weiterer Nachteil ist die kurze Zeit , die dem Gaswechsel zur Verfügung steht. Unvollständige Spülung und Gasreibungs¬ verluste sind die Folge. Die bekanntgewordenen Ergebnisse
sind entsprechend schlecht. Wirkungsgrad und Leistung stehen hinter den Erwartungen zurück.
Die Erfindung stellt eine Wärme-Kraft-Maschine dar, die die positiven Eigenschaften des Stirling-Motors mit denen der inneren Verbrennung verbindet ohne die Mängel der bekannten Maschinen. Der Stirling-Prozeß hat in seinem naturgesetzlichen Grenzwert den höchstmöglichen Wirkungsgrad den eine Wärme- Kraft-Maschine je erreichen kann. Bei herkömmlichen Stirling- Motoren mit geschlossenem Kreisprozeß werden sehr hohe Wirkungs¬ grade allerdings nie erreicht, da die maximalen Gastemperaturen durch das verwendete Erhitzermaterial auf ca. 700 Grad Celsius begrenzt sind. Faktoren wie die Abweichung von der Isotherme hin zur Adiabate tragen auch dazu bei, daß eine An¬ näherung an das naturgesetzlich mögliche nicht stattfindet. Durch die Kombination des Stirling-Prozeß mit den hohen Temperaturen der inneren Verbrennung kann eine Reihe von positiven Eigenschaften für die Maschine verwirklicht werden: -extrem hoher Wirkungsgrad
-geringe Totvolumina, also hohe spezifische Leistung -geringe Geräuschentwicklung durch "weichen Druckverlauf" -niedrige Schadstoffemission durch Verbrennung im permanent heißen Raum -viel Brennstoffähigkeit
Die Erfindung erreicht eine möglichst gute 'Annäherung an den Stirling-Prozeß durch Verwendung eines Drei-Raum-Systems und Steuerung der Gasströme über Ventile oder Schieber, so daß eine Trennung von kalter Kompression , die durch die Zu¬ hilfenahme des Anspruchs 6 nahe isotherm verläuft und der Ex¬ pansion und Verbrennung gewährleistet ist. Erläuterung des Arbeitsverfahrens anhand des Ausführungs- beispieles: ("« Λ
Der Kompressions- und Expansionskolben sind über ein belie¬ biges Triebwerk zwangsgekuppelt(16) . Der Kolben (6) des Kompressionsraumes (2) saugt Luft aus der Umgebung über das Einlaßventil (7) an ,im unteren Totpunkt schließt das Ein¬ laßventil und der Kolben (6) komprimiert die Luft nahe iso-
therm bis kurz vor den oberen Totpunkt, das Überström¬ ventil (8) öffnet und die verdichtete Luft wird über den Regenerator (4) in den Verbrennungsraum(-1)verschoben. Nach dem Schließen des Ventils (8) wird die vom Regenerator erhitzte Luft dann unter Zugabe von Brennstoff aus der Einspritzanlage (11) nahe isotherm vom Expansionsk'olben (5) expandiert. Danach öffnet das Überströmventil (9) und das Abgas strömt beim Hinaufgehen des* Expansionskolben über den Regenerator bei Abgabe von Wärme unter den Expansions¬ kolben in den Ausschieberaum (3). Nach dem Schließen des Überströmventils (9) bewegt sich der Expansionskolben wieder abwärts und das Auslaßventil (10) öffnet ,das Abgas unter dem Kolben (5) wird ausgeschoben.
Für Ansaugen und Ausschieben stehen jeweils 180 Grad Kurbelwinkel zur Verfügung, die Strömungsgeschwindigkeit ist niedrig, ein vollständiger Gaswechsel ist gewährleistet. Die isochore Verschiebung ist vollständig,also verliert die Maschine keinen Druck beim Öffnen des Auslaßventils. Ein vollständiger Stirling-Prozeß pro Umdrehung der Kur¬ belwelle wird vollzogen. Die spezifische Leistung der Maschine läßt sich problemlos erhöhen durch Vorkompression der Verbrennungsluft über einen Turbolader (15), wie in Anspruch 4 dargelegt ist. Der Kondensator (12) im Abgas ge¬ winnt einerseits Wasser (13) zur erneuten Verwendung in der Kü ' wassereinspritzung (14), andererseits kann die Kon¬ densationswärme zu Heizzwecken verwendet werden. Der Anspruch 2 setzt sich mit dem Problem der großen Wärmeverluste aus dem Heißgasteil auseinander. Durch die permanent hohe Temperatur fließt eine große Menge Wärme durch die Wandungen ,die für den Prozeß verloren ist. Es ist also eine gute Hochtemperaturisolierung nötig, was aber wegen Materialproblemen nicht ausreichend ist, so daß eine Anordnung nach Anspruch 2 zweckmäßig ist. Abfließende Wärme wird vom periodisch in beiden Richtungen durchströmten Regenerator aufgefangen, so daß die Wärme bei der Jsochoren von kalt nach heiß teilweise wieder nutzbar wird.
Der Heißgasteil bleibt also an den durch den Regenerator abgeschirmten Stellen außen kälter,als es bei Wandungen ohne Regenerator der Fall ist.
Claims
1. Hubkolbenmaschine zur Umwandlung von Wärme in Kraf nach dem Stirling-Prozeß mit Zuführung der Wärme durch innere Verbrennung dadurch gekennzeichnet daß: mindestens ein volumenveränderlicher Heißgasraum mit einem Regenerator und zwei volumenveränderlichen Kaltgasräumen verbunden ist , wobei die Ga^swege von den Kaltgasräumen zum Regenerator, sowie der Einlaß und der Auslaß über Ven¬ tile zwangsgesteuert geöffnet und geschlossen werden, so- daß ein Kaltgasraum Umgebungsluft ansaugt, komprimiert und über den Regenerator dem Heißgasraum zuführt, im Heißgas¬ raum die Verbrennung des dort zugeführten Brennstoffes und die Expansion stattfindet und der andere Kaltgasraum das Abgas beim Überschieben aus dem Heißgasraum über den Re¬ generator aufnimmt und dann in die Auspuffanläge ausschiebt.
2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß: der Heißgasraum größtenteils von dem Regenerator umgeben ist, der so durchströmt wird , daß die heiße Seite des Regenra ors dem Heißgasraum zugewandt ist.
3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet daß: der Regenerator ganz oder teilweise mit katalytisch wirk¬ samen Material beschichtet ist.
4. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß: die Frischluft über einen Abgasturbolader vorkomprimiert wird.
5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet daß: die Kühlung während der Kompression durch Verdunstung von der Frischluft zugegebenen oder direkt in den Kompressions¬ raum eingespritzten Wasser erfolgt.
6. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet daß: ein Kondensator im Abgas vorgesehen ist der Wasserdampf aus dem Abgas kondensiert und das so gewonnene Wasser dem Kühlsystem nach Anspruch 5 wieder zuführt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEP4024558.6 | 1990-08-02 | ||
DE4024558A DE4024558A1 (de) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | Hubkolbenmaschine zur umwandlung von waerme in kraft nach dem stirling-prozess mit zufuehrung der waerme durch innere verbrennung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO1992002723A1 true WO1992002723A1 (de) | 1992-02-20 |
Family
ID=6411522
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/DE1991/000607 WO1992002723A1 (de) | 1990-08-02 | 1991-07-27 | Hubkolbenmaschine zur umwandlung von wärme in kraft nach dem stirling-prozess mit zuführung der wärme durch innere verbrennung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4024558A1 (de) |
WO (1) | WO1992002723A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19962591A1 (de) * | 1999-12-23 | 2001-07-05 | Mueller Rolf | Heissluftmaschine |
CN103104375A (zh) * | 2012-02-14 | 2013-05-15 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | 气缸内燃斯特林发动机 |
CN103470397A (zh) * | 2012-08-14 | 2013-12-25 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | 冷压单元发动机 |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7004115B2 (en) | 1999-08-31 | 2006-02-28 | Richard Patton | Internal combustion engine with regenerator, hot air ignition, and supercharger-based engine control |
AU7091100A (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-26 | Richard Patton | Internal combustion engine with regenerator and hot air ignition |
US7219630B2 (en) | 1999-08-31 | 2007-05-22 | Richard Patton | Internal combustion engine with regenerator, hot air ignition, and naturally aspirated engine control |
US6606970B2 (en) | 1999-08-31 | 2003-08-19 | Richard Patton | Adiabatic internal combustion engine with regenerator and hot air ignition |
JP4289224B2 (ja) * | 2004-06-14 | 2009-07-01 | トヨタ自動車株式会社 | スターリングエンジン |
DE102010020325B4 (de) | 2010-05-12 | 2012-09-06 | Christian Daublebsky von Eichhain | Wärmekraftmaschine |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB151683A (en) * | 1919-06-13 | 1920-09-13 | Symington Macdonald Junior | An improved heat engine |
DE2404829A1 (de) * | 1974-02-01 | 1975-08-07 | Harald Biesterfeldt | Verbrennungsmotor mit innenkuehlung |
DE1949191B2 (de) * | 1969-09-30 | 1978-01-12 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Hubkolbenmaschine mit einem heissgasteil und einem kaltgasteil |
DE2730147A1 (de) * | 1976-07-09 | 1978-01-19 | Ford Werke Ag | Ericsson-stirling-motor |
US4364233A (en) * | 1980-12-31 | 1982-12-21 | Cummins Engine Company, Inc. | Fluid engine |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2410948C3 (de) * | 1974-03-07 | 1978-11-02 | Kiener Und Borst Ohg, 7322 Schloss Ramsberg | Brennkraftmaschinen-Arbeitsverfahren und nach diesem Verfahren arbeitende Brennkraftmaschinenanlage |
US3871179A (en) * | 1974-03-13 | 1975-03-18 | Reginald B Bland | Stirling cycle engine with catalytic regenerator |
DE2830896A1 (de) * | 1978-07-13 | 1980-01-24 | Ingo Gierstorfer | Kraftmaschine mit einem motor und einem verdampfer |
DE3017190A1 (de) * | 1980-05-05 | 1981-11-12 | Heinrich 7915 Elchingen Bellan | Verfahren und maschine zur nutzbarmachung von waermekraft |
DE3632799A1 (de) * | 1986-09-26 | 1987-07-09 | Josef Dipl Ing Eppinger | Verbrennungsmotor mit verlaengerter expansion |
DE3716599A1 (de) * | 1987-05-18 | 1988-12-01 | Heinrich Bellan | Verfahren und maschine zur rueckfuehrung von abwaerme und nutzbarmachung als waermekraft bei kolben-waermekraftmaschinen |
-
1990
- 1990-08-02 DE DE4024558A patent/DE4024558A1/de not_active Ceased
-
1991
- 1991-07-27 WO PCT/DE1991/000607 patent/WO1992002723A1/de unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB151683A (en) * | 1919-06-13 | 1920-09-13 | Symington Macdonald Junior | An improved heat engine |
DE1949191B2 (de) * | 1969-09-30 | 1978-01-12 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Hubkolbenmaschine mit einem heissgasteil und einem kaltgasteil |
DE2404829A1 (de) * | 1974-02-01 | 1975-08-07 | Harald Biesterfeldt | Verbrennungsmotor mit innenkuehlung |
DE2730147A1 (de) * | 1976-07-09 | 1978-01-19 | Ford Werke Ag | Ericsson-stirling-motor |
US4364233A (en) * | 1980-12-31 | 1982-12-21 | Cummins Engine Company, Inc. | Fluid engine |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
PROCEEDINGS OF THE 24TH INTERSOCIETY ENERGY CONVERSION ENGINEERING CONFERENCE Bd. 5, August 1989, WASHINGTON ,DC Seiten 2395 - 2399; COSTA J RALLIS: 'A regenerative cycle reciprocating internal combustion engine' * |
siehe Seite 2397, rechte Spalte, Absatz 5 -Absatz 6 siehe Seite 2399, Abbildung 8 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19962591A1 (de) * | 1999-12-23 | 2001-07-05 | Mueller Rolf | Heissluftmaschine |
CN103104375A (zh) * | 2012-02-14 | 2013-05-15 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | 气缸内燃斯特林发动机 |
CN103470397A (zh) * | 2012-08-14 | 2013-12-25 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | 冷压单元发动机 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4024558A1 (de) | 1992-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4133172A (en) | Modified Ericsson cycle engine | |
US4077221A (en) | External heat engine | |
RU2434149C2 (ru) | Система и способ рекуперации сбросной теплоты для двигателя с расщепленным циклом | |
US5632255A (en) | Regenerated engine with an improved heating stroke | |
US20060248886A1 (en) | Isothermal reciprocating machines | |
DE102010020325B4 (de) | Wärmekraftmaschine | |
EP2165058B1 (de) | Brennkraftmotor | |
US4506634A (en) | Internal combustion engine | |
JPS5938405B2 (ja) | 往復熱機関およびその作動方法 | |
US5465702A (en) | Regenerated engine with improved heating and cooling strokes | |
WO2004059155A1 (en) | Isothermal reciprocating machines | |
US1111841A (en) | Internal-combustion engine. | |
WO1992002723A1 (de) | Hubkolbenmaschine zur umwandlung von wärme in kraft nach dem stirling-prozess mit zuführung der wärme durch innere verbrennung | |
US1781147A (en) | Supercharger for internal-combustion engines | |
US6116222A (en) | Two stroke regenerative engine | |
US5179839A (en) | Alternative charging method for engine with pressurized valved cell | |
WO2016114683A1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания и способ работы | |
RU2214525C2 (ru) | Способ работы силовой установки с поршневым двигателем внутреннего сгорания (его варианты) и силовая установка для осуществления способов | |
US20030226525A1 (en) | Warren cycle internal combustion engine with heat exchanger | |
US6799563B1 (en) | Two stroke internal combustion engine | |
WO1999030017A1 (en) | Internal combustion engine | |
US4183219A (en) | Self starting hot gas engine with means for changing the expansion ratio | |
RU2641180C2 (ru) | Способ работы двигателя внутреннего сгорания с регенерацией тепла в цикле и двигатель для его осуществления | |
GB2183730A (en) | Charging internal combustion reciprocating piston engine | |
US20050166871A1 (en) | Internal combustion engine with heat exchanger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CA JP US |
|
AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: CA |