WO2012159616A1 - Heat engine - Google Patents

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WO2012159616A1
WO2012159616A1 PCT/DE2012/100119 DE2012100119W WO2012159616A1 WO 2012159616 A1 WO2012159616 A1 WO 2012159616A1 DE 2012100119 W DE2012100119 W DE 2012100119W WO 2012159616 A1 WO2012159616 A1 WO 2012159616A1
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WO
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heat engine
valve
engine according
valves
rotary
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PCT/DE2012/100119
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German (de)
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Inventor
Rainer Schnur
Michael Schmidt
Original Assignee
Devetec Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/10—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with valves of other specific shape, e.g. spherical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L7/026—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves with two or more rotary valves, their rotational axes being parallel, e.g. 4-stroke
    • 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
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/041—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of cylinder or cylinderhead positioning
    • F02B75/042—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of cylinder or cylinderhead positioning the cylinderhead comprising a counter-piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift

Definitions

  • the invention relates to a heat engine with at least one working space forming arrangement of a reciprocating piston and a cylinder, a valve for the inlet of a pressurized working medium in the working space and a valve for the outlet of the relaxed working fluid in the working space.
  • the invention has for its object to provide a new heat engine of the type mentioned above, which allows an improved control of at least the inlet flow of the working medium with a simplified structural design.
  • the heat engine according to the invention which achieves this object is characterized in that at least the inlet valve is designed as a rotary slide valve.
  • the amount of working medium admitted at top dead center can be metered in more accurately by means of such a rotary valve control and more accurately comply with a high expansion ratio associated with high efficiency.
  • the rotary valve at least of the inlet valve coaxial to its axis of rotation, preferably peripheral closure surface for closing an opening of the working space, wherein in the closure surface opens an opening in a rotational position of the rotary valve, the opening for flow through the Working medium releases.
  • the closure surface has the shape of a spherical surface, which is particularly advantageous in terms of sealing effect and low wear.
  • the rotary valve of the inlet valve can be arranged in a standing under the output pressure of the working medium housing interior and be exposed to the respective opening closing section all around the pressure of the working medium.
  • the closure surface slidably bears against a ring seal which surrounds the opening and protrudes in particular against the closure surface.
  • the closure surface is formed by a polished metal surface, while the ring seal is e.g. made of a plastic.
  • a plurality of piston-cylinder assemblies arranged in a row are provided, and the rotary valves of at least the inlet valves are rotatable by a common shaft extending along the row.
  • At least the intake valves may be integrated into a cylinder head assembly common to the plurality of piston-and-cylinder assemblies.
  • the working space is connected to a, preferably for varying the amount of intake of working fluid in its volume adjustable, secondary chamber, wherein in particular the cylinder head assembly in addition to the intake valves and possibly exhaust valves may have such secondary chambers.
  • the cylinder head assembly comprises a housing corresponding to the above housing for receiving all Rotary valve of the inlet valves and their common shaft, wherein the interior of the housing can be acted upon by the pressure of the working medium.
  • the shaft common to the rotary valves of the intake valves is preferably mounted gas-tight in front side walls of this housing.
  • the cylinder head assembly may have another housing extending parallel to said housing for receiving all the rotary valves of the exhaust valves and their common shaft.
  • the diameter of the rotary valve of the inlet valve or the intake valves is greater than the diameter of the rotary valve of the exhaust valve or the exhaust valves.
  • the larger diameter of the rotary valve of the inlet valve advantageously allows the flow rate of larger amounts of working fluid within the short, at the top dead center for the inlet of the working fluid available time.
  • the cylinder head assembly further comprises a connected to the other housing, preferably extending parallel to said housings outlet channel for the relaxed working medium.
  • the phase position of the aperture in the closure surface of the rotary valve or the rotary valve with respect to the position of the associated piston is adjustable.
  • This adjustment possibility in particular in conjunction with the adjustability of the volume of the secondary chamber or secondary chambers, allows adaptation of the heat engine to different operating conditions, including different working media.
  • Fig. 1 shows a heat engine according to the invention in a cut
  • FIG. 2 shows a cylinder head assembly of the heat engine of Fig. 1 in a sectional plan view
  • FIG. 3 shows the cylinder head assembly of FIG. 2 in a view from below
  • FIG. 4 shows an intake valve rotary valve used in the heat engine of FIG. 1;
  • Fig. 5 is a rotary valve used in the heat engine of Fig. 1 for exhaust valves
  • a working in two-stroke heat engine has four arranged in a row cylinder 1, each with a reciprocating piston 2.
  • Reciprocating piston 2 and cylinder 1 each form a working or expansion space 3.
  • a moving through the piston 2 crankshaft is not shown.
  • One of the four piston-cylinder assemblies common cylinder head assembly 4 comprises a corresponding number of intake and exhaust valves, each with a rotary valve 5 and 6.
  • the four rotary valve 5 of the intake valves are rotationally fixed on a common shaft 7, the rotary valve 6 of the exhaust valves in the same On a shaft 8.
  • the shaft 7 with the rotary valves 5 is in a housing 9, the shaft 8 with the rotary valves 6 in a housing 10 of the
  • Cylinder head assembly 4 housed.
  • the housing 9 has an inlet 35 for a working medium, e.g. for water vapor. Over the length of both housings 9,10 extends a connected to the interior of the housing 10 outlet channel 1 1 for the relaxed working medium.
  • Each piston-cylinder arrangement is further associated with an associated with the respective working space 3, integrated into the cylinder head assembly 4 auxiliary chamber 12 whose volume is adjustable by a piston 13.
  • the shafts 7, 8 are rotatably mounted at the ends of the respective housings 9, 10 at 14 and 15 or 16 and 17, preferably by roller bearings.
  • the housing 10 for the rotary valves 6 of the outlet valves and the outlet channel 11 are approximately in the middle, and the housing 9 for the rotary valves 5 of the inlet valves and the secondary chambers 12 are laterally attached thereto. assigns. This arrangement makes it possible to make the cylinder head assembly compact with low material cost and high stability.
  • the rotary valve 5 each have a peripheral, coaxial with the axis of rotation closure surface 18 in the form of a spherical surface.
  • the polished closure surface 18 serving as control openings openings 19 and 20 are formed.
  • Further openings 21 are located between spokes 39 which connect a hub 23 and an outer ring 23 forming the closure surface 18.
  • the hub 22 has a central, a sliding fit forming bore 24 for the passage of the shaft 7.
  • the slotted hub 22 can be mounted on the shaft 7 in desired rotational positions.
  • the spherical, metallic closure surface 18 of the rotary valve 5 is in each case slidably against an annular seal 26 made of carbon, graphite or / and a plastic which a mouth opening of a scavenging or connecting channel 27 between the interior 36 of the Housing 9 and the relevant working space 3 surrounds.
  • Each of the two openings 19,20 is associated with such a flushing or connecting channel 27.
  • the rotary valve 6 shown separately in FIG. 5 has a spherical closure surface 28 with a recess 29, into which a through-opening 38 opens.
  • hub portions 30 are penetrated by a central, a sliding seat forming bore 31 for receiving the shaft 8.
  • connection channels 27 and 34 illustrate FIGS. 6 and 7.
  • the connecting channels 27 in each case surrounds a sealing ring 40 abutting against the relevant closure surface 18, which has a slotted supporting ring 41 and a not shown corrugated spring ring on an annular shoulder 42 of an annular insert 43 is seated. On the annular shoulder 42, a sealing O-ring 44 is further arranged.
  • the insert 43 with the rings 40,41 hold a threaded insert 45 and a locking plate 46 in place.
  • Threaded insert 45 is followed by a working space volume reducing filler 47 with a bevel 48 which is held axially by a groove 49 engaging in a spring ring 50.
  • a rotation lock is not shown pin.
  • the connecting channels 34 surrounds a sealing ring 51, to which a support ring 52 supporting the sealing ring adjoins.
  • the support ring 52 bears against an annular shoulder (not shown) in the interior of an insert 53.
  • a sealing O-ring 55 is arranged on an outer annular shoulder 54 of the insert 53.
  • a threaded ring 56 holds the insert 53 via a locking plate 57 in place.
  • the sealing ring 40 or 51 bears against the relevant closure surface 18 or 28 under tension. Abrasions are automatically compensated.
  • the working medium e.g. Water vapor
  • the openings 19,20 are aligned in the closure surface 18 of one of the rotary valve 5 to the respective connecting channels 27, working fluid can temporarily enter the working space 3 of the relevant piston-cylinder assembly.
  • the rotary valve 5 of the intake valves in diameter at least by a factor of 2.5 larger than the diameter of the rotary valve 6 of the exhaust valves, and two scavenging ports 27 are provided, there is a sufficiently larger passage cross-section to the respective working space within a short time sufficient fill.
  • the recess 29 with the passage opening 38 of the rotary valve 6 is in each case connected to the relevant connection. aligned channel 34, so that during the lifting movement of the piston 3, the relaxed working fluid can pass through the interior of the housing 10 into the outlet channel 1 1.
  • Deviating from the exemplary embodiment shown, devices could be provided which enable an adjustment of both the volumes of the secondary chambers and the valve timing during machine operation.

Abstract

The invention relates to a heat engine having at least one arrangement that comprises a reciprocating piston (2) and a cylinder (1) and that forms a work chamber (3), a valve for admitting a pressurised working medium to the work chamber (3) and a valve for discharging the working medium from the work chamber (3). According to the invention, at least the inlet valve is designed as a rotary slide valve.

Description

Beschreibung:  Description:
„Wärmekraftmaschine" "Heat engine"
Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine mit wenigstens einer einen Arbeitsraum bildenden Anordnung aus einem Hubkolben und einem Zylinder, einem Ventil für den Einlass eines unter Druck stehenden Arbeitsmediums in den Arbeits- räum und einem Ventil für den Auslass des in dem Arbeitsraum entspannten Arbeitsmediums. The invention relates to a heat engine with at least one working space forming arrangement of a reciprocating piston and a cylinder, a valve for the inlet of a pressurized working medium in the working space and a valve for the outlet of the relaxed working fluid in the working space.
Zum Beispiel aus der DE 10 2008 058 585 AI und der DE 10 2009 024 436 AI bekannte Wärmekraftmaschinen solcher Art, denen ein bereits unter Arbeitsdruck stehendes Arbeitsmedium, z.B. Wasserdampf, zugeführt wird, weisen ein durch den Hubkolben selbst und damit schon vor dessen oberem Totpunkt betätigtes Einlass- und Auslassventil auf. For example, from DE 10 2008 058 585 AI and DE 10 2009 024 436 AI known heat engines of such kind, which an already under working pressure working medium, e.g. Steam, is supplied, have an actuated by the reciprocating piston and thus even before its top dead center inlet and outlet valve.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Wärmekraftmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei vereinfachtem konstruktiven Aufbau eine verbesserte Steuerung zumindest der Einlassströmung des Arbeitsmediums ermöglicht. The invention has for its object to provide a new heat engine of the type mentioned above, which allows an improved control of at least the inlet flow of the working medium with a simplified structural design.
Die diese Aufgabe lösende Wärmekraftmaschine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Einlassventil als Drehschieberventil ausgebildet ist. The heat engine according to the invention which achieves this object is characterized in that at least the inlet valve is designed as a rotary slide valve.
Vorteilhaft lässt sich durch eine solche Drehschiebersteuerung die Menge des am oberen Totpunkt eingelassenen Arbeitsmediums genauer dosieren und ein hohes, mit einem hohen Wirkungsgrad verbundenes Expansionsverhältnis genauer einhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Drehschieber zumindest des Einlassventils eine zu seiner Drehachse koaxiale, vorzugsweise periphere, Verschlussfläche zum Verschließen einer Öffnung des Arbeitsraumes auf, wobei in der Verschlussfläche ein Durchbruch ausmündet, der in einer Drehstellung des Drehschiebers die Öffnung zur Durchströmung mit dem Arbeitsmedium freigibt. Advantageously, the amount of working medium admitted at top dead center can be metered in more accurately by means of such a rotary valve control and more accurately comply with a high expansion ratio associated with high efficiency. In a preferred embodiment of the invention, the rotary valve at least of the inlet valve coaxial to its axis of rotation, preferably peripheral closure surface for closing an opening of the working space, wherein in the closure surface opens an opening in a rotational position of the rotary valve, the opening for flow through the Working medium releases.
Vorzugsweise weist die Verschlussfläche die Form einer Kugeloberfläche auf, die in Bezug auf Abdichtwirkung und geringen Verschleiß besonders vorteilhaft ist. Der Drehschieber des Einlassventils kann in einem unter dem Ausgangsdruck des Arbeitsmediums stehenden Gehäuseinnenraum angeordnet und bis auf den jeweils die Öffnung verschließenden Abschnitt rundum dem Druck des Arbeitsmediums ausgesetzt sein. Vorzugsweise liegt die Verschlussfläche gleitend gegen eine die Öffnung einfassende, insbesondere gegen die Verschlussfläche vorstehende, Ringdichtung an. Preferably, the closure surface has the shape of a spherical surface, which is particularly advantageous in terms of sealing effect and low wear. The rotary valve of the inlet valve can be arranged in a standing under the output pressure of the working medium housing interior and be exposed to the respective opening closing section all around the pressure of the working medium. Preferably, the closure surface slidably bears against a ring seal which surrounds the opening and protrudes in particular against the closure surface.
Zweckmäßig ist die Verschlussfläche durch eine polierte Metalloberfläche gebildet, während die Ringdichtung z.B. aus einem Kunststoff besteht. Conveniently, the closure surface is formed by a polished metal surface, while the ring seal is e.g. made of a plastic.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere, in einer Reihe angeordnete Kolben-Zylinder-Anordnungen vorgesehen und die Drehschieber zumindest der Einlassventile durch eine gemeinsame, sich entlang der Reihe erstreckende Welle drehbar. In a further preferred embodiment of the invention, a plurality of piston-cylinder assemblies arranged in a row are provided, and the rotary valves of at least the inlet valves are rotatable by a common shaft extending along the row.
Zumindest die Einlassventile können in eine den mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen gemeinsame Zylinderkopfbaugruppe integriert sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Arbeitsraum mit einer, vorzugsweise zur Variation der Einlassmenge an Arbeitsmedium in ihrem Raumvolumen verstellbaren, Nebenkammer verbunden, wobei insbesondere die Zylinderkopfbaugruppe neben den Einlassventilen und ggf. Auslassventilen solche Nebenkammern aufweisen kann. At least the intake valves may be integrated into a cylinder head assembly common to the plurality of piston-and-cylinder assemblies. In another preferred embodiment of the invention, the working space is connected to a, preferably for varying the amount of intake of working fluid in its volume adjustable, secondary chamber, wherein in particular the cylinder head assembly in addition to the intake valves and possibly exhaust valves may have such secondary chambers.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Zylinderkopfbaugruppe ein dem oben genannten Gehäuse entsprechendes Gehäuse zur Aufnahme aller Drehschieber der Einlassventile und deren gemeinsamer Welle, wobei der Innenraum des Gehäuses mit dem Druck des Arbeitsmediums beaufschlagbar ist. In a further embodiment of the invention, the cylinder head assembly comprises a housing corresponding to the above housing for receiving all Rotary valve of the inlet valves and their common shaft, wherein the interior of the housing can be acted upon by the pressure of the working medium.
Die den Drehschiebern der Einlassventile gemeinsame Welle ist in Stirnseiten- wänden dieses Gehäuses vorzugsweise gasdicht gelagert. The shaft common to the rotary valves of the intake valves is preferably mounted gas-tight in front side walls of this housing.
Die Zylinderkopfbaugruppe kann ein weiteres, sich zu dem genannten Gehäuse parallel erstreckendes Gehäuse für die Aufnahme aller Drehschieber der Auslassventile und deren gemeinsamer Welle aufweisen. The cylinder head assembly may have another housing extending parallel to said housing for receiving all the rotary valves of the exhaust valves and their common shaft.
Zweckmäßig ist der Durchmesser des Drehschiebers des Einlassventils bzw. der Einlassventile größer als der Durchmesser des Drehschiebers des Auslassventils bzw. der Auslassventile. Der größere Durchmesser des Drehschiebers des Einlassventils erlaubt vorteilhaft den Durchsatz größerer Mengen an Arbeitsmedium innerhalb der kurzen, am oberen Totpunkt für den Einlass des Arbeitsmediums zur Verfügung stehenden Zeit. Suitably, the diameter of the rotary valve of the inlet valve or the intake valves is greater than the diameter of the rotary valve of the exhaust valve or the exhaust valves. The larger diameter of the rotary valve of the inlet valve advantageously allows the flow rate of larger amounts of working fluid within the short, at the top dead center for the inlet of the working fluid available time.
Zweckmäßig umfasst die Zylinderkopfbaugruppe ferner einen mit dem weiteren Gehäuse verbundenen, sich vorzugsweise parallel zu den genannten Gehäusen erstreckenden Auslasskanal für das entspannte Arbeitsmedium. Suitably, the cylinder head assembly further comprises a connected to the other housing, preferably extending parallel to said housings outlet channel for the relaxed working medium.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Phasenlage des Durchbruchs in der Verschlussfläche des Drehschiebers bzw. der Drehschieber in Bezug auf die Stellung des zugehörigen Kolbens verstellbar. Diese Verstellmög- lichkeit erlaubt insbesondere in Verbindung mit der Verstellbarkeit des Raumvolumens der Nebenkammer bzw. Nebenkammern eine Anpassung der Wärmekraftmaschine an unterschiedliche Betriebsbedingungen, einschließlich unterschiedlicher Arbeitsmedien. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen: In a particularly preferred embodiment of the invention, the phase position of the aperture in the closure surface of the rotary valve or the rotary valve with respect to the position of the associated piston is adjustable. This adjustment possibility, in particular in conjunction with the adjustability of the volume of the secondary chamber or secondary chambers, allows adaptation of the heat engine to different operating conditions, including different working media. The invention will be explained below with reference to an embodiment and the accompanying, referring to this embodiment drawings. Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine in einer geschnittenen Fig. 1 shows a heat engine according to the invention in a cut
Teilansicht,  Partial view
Fig. 2 eine Zylinderkopfbaugruppe der Wärmekraftmaschine von Fig. 1 in einer geschnittenen Draufsicht,  2 shows a cylinder head assembly of the heat engine of Fig. 1 in a sectional plan view,
Fig. 3 die Zylinderkopfbaugruppe von Fig. 2 in einer Ansicht von unten, Fig. 4 einen in der Wärmekraftmaschine von Fig. 1 verwendeten Drehschieber für Einlassventile, 3 shows the cylinder head assembly of FIG. 2 in a view from below, FIG. 4 shows an intake valve rotary valve used in the heat engine of FIG. 1; FIG.
Fig. 5 einen in der Wärmekraftmaschine von Fig. 1 verwendeten Drehschieber für Auslassventile, und  Fig. 5 is a rotary valve used in the heat engine of Fig. 1 for exhaust valves, and
Fig. 6 und 7 die Ausbildung von Verbindungskanälen erläuternde Darstellungen. 6 and 7, the formation of connecting channels explanatory diagrams.
Eine im Zweitaktbetrieb arbeitende Wärmekraftmaschine weist vier in einer Reihe angeordnete Zylinder 1 mit jeweils einem Hubkolben 2 auf. Hubkolben 2 und Zylinder 1 bilden jeweils einen Arbeits- bzw. Expansionsraum 3. Eine durch die Kolben 2 bewegte Kurbelwelle ist nicht gezeigt. A working in two-stroke heat engine has four arranged in a row cylinder 1, each with a reciprocating piston 2. Reciprocating piston 2 and cylinder 1 each form a working or expansion space 3. A moving through the piston 2 crankshaft is not shown.
Eine den vier Kolben-Zylinder-Anordnungen gemeinsame Zylinderkopfbaugruppe 4 umfasst in entsprechender Anzahl Ein- und Auslassventile mit je einem Drehschieber 5 bzw. 6. Die vier Drehschieber 5 der Einlassventile sitzen drehfest auf einer diesen gemeinsamen Welle 7, die Drehschieber 6 der Auslassventile in gleicher Weise auf einer Welle 8. Die Welle 7 mit den Drehschiebern 5 ist in einem Gehäuse 9, die Welle 8 mit den Drehschiebern 6 in einem Gehäuse 10 der One of the four piston-cylinder assemblies common cylinder head assembly 4 comprises a corresponding number of intake and exhaust valves, each with a rotary valve 5 and 6. The four rotary valve 5 of the intake valves are rotationally fixed on a common shaft 7, the rotary valve 6 of the exhaust valves in the same On a shaft 8. The shaft 7 with the rotary valves 5 is in a housing 9, the shaft 8 with the rotary valves 6 in a housing 10 of the
Zylinderkopfbaugruppe 4 untergebracht. Das Gehäuse 9 weist einen Einlass 35 für ein Arbeitsmedium auf, z.B. für Wasserdampf. Über die Länge beider Gehäuse 9,10 erstreckt sich ein mit dem Innenraum des Gehäuses 10 verbundener Auslasskanal 1 1 für das entspannte Arbeitsmedium. Cylinder head assembly 4 housed. The housing 9 has an inlet 35 for a working medium, e.g. for water vapor. Over the length of both housings 9,10 extends a connected to the interior of the housing 10 outlet channel 1 1 for the relaxed working medium.
Jeder Kolben-Zylinder-Anordnung ist ferner eine mit dem jeweiligen Arbeitsraum 3 verbundene, in die Zylinderkopfbaugruppe 4 integrierte Nebenkammer 12 zugeordnet, deren Raumvolumen durch einen Kolben 13 verstellbar ist. Each piston-cylinder arrangement is further associated with an associated with the respective working space 3, integrated into the cylinder head assembly 4 auxiliary chamber 12 whose volume is adjustable by a piston 13.
Die Wellen 7,8 sind an den Enden der jeweiligen Gehäuse 9,10 bei 14 und 15 bzw. 1 6 und 17 drehbar gelagert, vorzugsweise durch Wälzlager. Zur Abdichtung nach außen dienen Wellendichtringe, Labyrinthdichtsysteme oder Gleitringdichtungen, je nach Druckgefälle auch Kombinationen solcher Dichtmittel. The shafts 7, 8 are rotatably mounted at the ends of the respective housings 9, 10 at 14 and 15 or 16 and 17, preferably by roller bearings. For sealing to the outside are shaft seals, labyrinth seals or mechanical seals, depending on the pressure gradient and combinations of such sealants.
Antriebsverbindungen, über die die Wellen 7,8 mit der oben erwähnten Kurbelwelle in einem festen Übersetzungsverhältnis stehen, sind nicht gezeigt. Drive connections through which the shafts 7, 8 are in a fixed gear ratio with the above-mentioned crankshaft are not shown.
Wie insbesondere Fig. 1 erkennen lässt, sind das Gehäuse 10 für die Drehschieber 6 der Auslassventile und der Auslasskanal 1 1 etwa mittig und das Gehäuse 9 für die Drehschieber 5 der Einlassventile sowie die Nebenkammern 12 dazu seitlich ange- ordnet. Diese Anordnung erlaubt es, die Zylinderkopfbaugruppe kompakt mit geringem Materialaufwand bei hoher Stabilität herzustellen. 1, the housing 10 for the rotary valves 6 of the outlet valves and the outlet channel 11 are approximately in the middle, and the housing 9 for the rotary valves 5 of the inlet valves and the secondary chambers 12 are laterally attached thereto. assigns. This arrangement makes it possible to make the cylinder head assembly compact with low material cost and high stability.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, weisen die Drehschieber 5 jeweils eine periphere, zur Drehachse koaxiale Verschlussfläche 18 in der Form einer Kugeloberfläche auf. In der polierten Verschlussfläche 18 sind als Steueröffnungen dienende Durchbrüche 19 und 20 gebildet. Weitere Durchbrüche 21 befinden sich zwischen Speichen 39, die eine Nabe 23 und einen die Verschlussfläche 18 bildenden Außenring 23 verbinden. As is apparent from Fig. 4, the rotary valve 5 each have a peripheral, coaxial with the axis of rotation closure surface 18 in the form of a spherical surface. In the polished closure surface 18 serving as control openings openings 19 and 20 are formed. Further openings 21 are located between spokes 39 which connect a hub 23 and an outer ring 23 forming the closure surface 18.
Die Nabe 22 weist eine zentrale, einen Schiebesitz bildende Bohrung 24 für den Durchtritt der Welle 7 auf. Mittels Spannschrauben 25 kann die geschlitzte Nabe 22 auf der Welle 7 in gewünschten Drehpositionen befestigt werden. Wie Fig. 1 erkennen lässt, liegt die kugelförmige, metallische Verschlussfläche 18 der Drehschieber 5 jeweils gleitend gegen eine ringförmige Dichtung 26 aus Kohlenstoff, Graphit oder/und einem Kunststoff an, welche eine Mündungsöffnung eines Spül- bzw. Verbindungskanals 27 zwischen dem Innenraum 36 des Gehäuses 9 und dem betreffenden Arbeitsraum 3 umgibt. Jedem der beiden Durchbrüche 19,20 ist ein solcher Spül- bzw. Verbindungskanal 27 zugeordnet. The hub 22 has a central, a sliding fit forming bore 24 for the passage of the shaft 7. By means of clamping screws 25, the slotted hub 22 can be mounted on the shaft 7 in desired rotational positions. As can be seen Fig. 1, the spherical, metallic closure surface 18 of the rotary valve 5 is in each case slidably against an annular seal 26 made of carbon, graphite or / and a plastic which a mouth opening of a scavenging or connecting channel 27 between the interior 36 of the Housing 9 and the relevant working space 3 surrounds. Each of the two openings 19,20 is associated with such a flushing or connecting channel 27.
Der gesondert in Fig. 5 dargestellte Drehschieber 6 weist eine kugelförmige Verschlussfläche 28 mit einer Ausnehmung 29 auf, in die eine Durchgangsöffnung 38 einmündet. Zu beiden Seiten der Verschlussfläche 28 angeordnete Nabenteile 30 sind von einer zentralen, einen Schiebesitz bildenden Bohrung 31 für die Aufnahme der Welle 8 durchsetzt. Mit Hilfe von Spannschrauben 31 lassen sich die The rotary valve 6 shown separately in FIG. 5 has a spherical closure surface 28 with a recess 29, into which a through-opening 38 opens. On both sides of the closure surface 28 arranged hub portions 30 are penetrated by a central, a sliding seat forming bore 31 for receiving the shaft 8. With the help of clamping screws 31 can be the
geschlitzten Nabenteile 30 auf der Welle 8 in unterschiedlichen Einstellpositionen befestigen. Mit ihrer kugelförmigen, metallischen Verschlussfläche 28 liegen die Drehschieber 6 jeweils gegen einen vorstehenden Dichtungsring 33 aus Kohlenstoff, Graphit oder Kunststoff an der Mündung eines Verbindungskanals 34 zwischen dem Innenraum 37 des Gehäuses 10 und dem Arbeitsraum 3 an. Die Ausbildung der Verbindungskanäle 27 und 34 erläutern die Fig. 6 und 7. slotted hub parts 30 on the shaft 8 in different adjustment positions. With their spherical, metallic closure surface 28, the rotary valves 6 abut each against a protruding sealing ring 33 made of carbon, graphite or plastic at the mouth of a connecting channel 34 between the interior 37 of the housing 10 and the working space 3. The design of the connection channels 27 and 34 illustrate FIGS. 6 and 7.
Die Verbindungskanäle 27 umgibt jeweils ein gegen die betreffende Verschlussfläche 18 anliegender Dichtungsring 40, der über einen geschlitzten Stützring 41 und einen nicht gezeigten Wellfederring auf einer Ringschulter 42 eines ringförmigen Einsatzstücks 43 aufsitzt. Auf der Ringschulter 42 ist ferner ein abdichtender O-Ring 44 angeordnet. Das Einsatzstück 43 mit den Ringen 40,41 halten ein Gewindeeinsatz 45 und ein Sicherungsblech 46 an Ort und Stelle. An den The connecting channels 27 in each case surrounds a sealing ring 40 abutting against the relevant closure surface 18, which has a slotted supporting ring 41 and a not shown corrugated spring ring on an annular shoulder 42 of an annular insert 43 is seated. On the annular shoulder 42, a sealing O-ring 44 is further arranged. The insert 43 with the rings 40,41 hold a threaded insert 45 and a locking plate 46 in place. To the
Gewindeeinsatz 45 schließt sich ein das Arbeitsraumvolumen minderndes Füllstück 47 mit einer Abschrägung 48 an, das durch einen in eine Nut 49 eingreifenden Federring 50 axial gehalten wird. Als Drehsicherung dient ein nicht gezeigter Stift.Threaded insert 45 is followed by a working space volume reducing filler 47 with a bevel 48 which is held axially by a groove 49 engaging in a spring ring 50. As a rotation lock is not shown pin.
Die Verbindungskanäle 34 umgibt ein Dichtungsring 51 , an den sich ein den Dichtungsring abstützender Stützring 52 anschließt. Der Stützring 52 liegt gegen eine nicht gezeigte Ringschulter im Innern eines Einsatzstücks 53 auf. Auf einer äußeren Ringschulter 54 des Einsatzstücks 53 ist ein abdichtender O-Ring 55 angeordnet. Ein Gewindering 56 hält das Einsatzstück 53 über ein Sicherungsblech 57 an Ort und Stelle. The connecting channels 34 surrounds a sealing ring 51, to which a support ring 52 supporting the sealing ring adjoins. The support ring 52 bears against an annular shoulder (not shown) in the interior of an insert 53. On an outer annular shoulder 54 of the insert 53, a sealing O-ring 55 is arranged. A threaded ring 56 holds the insert 53 via a locking plate 57 in place.
Durch die genannten Wellfederringe liegt der Dichtungsring 40 bzw. 51 unter Vor- Spannung gegen die betreffende Verschlussfläche 18 bzw. 28 an. Abnutzungen werden automatisch ausgeglichen.  By means of said corrugated spring rings, the sealing ring 40 or 51 bears against the relevant closure surface 18 or 28 under tension. Abrasions are automatically compensated.
Im Betrieb der anhand der Fig. 1 bis 5 beschriebenen Wärmekraftmaschine wird das Arbeitsmedium, z.B. Wasserdampf, über den Anschluss 35 am Gehäuse 9 in das Gehäuse eingeleitet. Wenn die Durchbrüche 19,20 in der Verschlussfläche 18 von einem der Drehschieber 5 zu den betreffenden Verbindungskanälen 27 ausgerichtet sind, kann Arbeitsmedium vorübergehend in den Arbeitsraum 3 der betreffenden Kolben-Zylinder-Anordnung eintreten. Indem der Drehschieber 5 der Einlassventile im Durchmesser mindestens um den Faktor 2,5 größer als der Durch- messer der Drehschieber 6 der Auslassventile ist, und zwei Spülöffnungen 27 vorgesehen sind, besteht ein genügend größer Durchlassquerschnitt, um den jeweiligen Arbeitsraum innerhalb kurzer Zeit ausreichend zu befüllen. In operation of the heat engine described with reference to Figures 1 to 5, the working medium, e.g. Water vapor, introduced via the terminal 35 on the housing 9 in the housing. If the openings 19,20 are aligned in the closure surface 18 of one of the rotary valve 5 to the respective connecting channels 27, working fluid can temporarily enter the working space 3 of the relevant piston-cylinder assembly. By the rotary valve 5 of the intake valves in diameter at least by a factor of 2.5 larger than the diameter of the rotary valve 6 of the exhaust valves, and two scavenging ports 27 are provided, there is a sufficiently larger passage cross-section to the respective working space within a short time sufficient fill.
Es versteht sich, dass sich die Drehschieber 5 synchron mit der durch die Kolben 2 angetriebenen Kurbelwelle bewegen und die Durchbrüche 19,20 so angeordnet sind, dass jeweils nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens vorübergehend eine Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 3 und dem Innenraum 36 des Gehäuses 9 hergestellt ist. Ansonsten sind die Verbindungskanäle 27 durch die kugelförmige Verschlussfläche 18 versperrt. It is understood that the rotary valve 5 move synchronously with the driven by the piston 2 crankshaft and the openings 19,20 are arranged so that each near the top dead center of the piston temporarily connects between the working chamber 3 and the interior 36 of the housing 9 is made. Otherwise, the connecting channels 27 are blocked by the spherical closure surface 18.
Jeweils nahe dem unteren Totpunkt der Kolben 2 wird die Ausnehmung 29 mit der Durchgangsöffnung 38 der Drehschieber 6 jeweils zu dem betreffenden Verbin- dungskanal 34 ausgerichtet, so dass während der Hubbewegung des Kolbens 3 das entspannte Arbeitsmedium durch den Innenraum des Gehäuses 10 hindurch in den Auslasskanal 1 1 übertreten kann. In each case close to the bottom dead center of the pistons 2, the recess 29 with the passage opening 38 of the rotary valve 6 is in each case connected to the relevant connection. aligned channel 34, so that during the lifting movement of the piston 3, the relaxed working fluid can pass through the interior of the housing 10 into the outlet channel 1 1.
Durch Verstellung des Kolbens 13 lässt sich die jeweilige, nach Schließen des Kanals 27 im Arbeitsraum 3 eingeschlossene Gesamtmenge an Arbeitsmedium geeignet einstellen. Durch diese Verstellmöglichkeit und die Möglichkeit zur Einstellung der Drehpositionen der Drehschieber 5,6 lässt sich bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen der jeweils optimale Wirkungsgrad erreichen. By adjusting the piston 13, the respective, enclosed after closing the channel 27 in the working space 3 total amount of working fluid can be suitably adjusted. This adjustment and the ability to adjust the rotational positions of the rotary valve 5.6 can be achieved at different operating conditions of the optimum efficiency.
Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel könnten Einrichtungen vorgesehen sein, die eine Verstellung sowohl der Rauminhalte der Nebenkammern als auch der Steuerzeiten der Ventile während des Maschinenbetriebs ermöglichen. Deviating from the exemplary embodiment shown, devices could be provided which enable an adjustment of both the volumes of the secondary chambers and the valve timing during machine operation.

Claims

Patentansprüche: claims:
1 . Wärmekraftmaschine mit wenigstens einer einen Arbeitsraum (3) bildenden Anordnung aus einem Hubkolben (2) und einem Zylinder (1 ), einem Ventil für den Einlass eines unter Druck stehenden Arbeitsmediums in den Arbeitsraum1 . Heat engine with at least one a working space (3) forming arrangement of a reciprocating piston (2) and a cylinder (1), a valve for the inlet of a pressurized working fluid in the working space
(3) und einem Ventil für den Auslass des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum (3), (3) and a valve for the outlet of the working medium from the working space (3),
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest das Einlassventil als Drehschieberventil ausgebildet ist.  that at least the inlet valve is designed as a rotary slide valve.
2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 , 2. Heat engine according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil als Drehschieberventil ausgebildet sind und vorzugsweise der Durchmesser des Drehschiebers (5) des Einlassventils größer als der Durchmesser des Drehschiebers (6) des Auslassventils ist, insbesondere um wenigstens den Faktor 2,5.  in that both the inlet valve and the outlet valve are in the form of a rotary slide valve, and preferably the diameter of the rotary valve (5) of the inlet valve is greater than the diameter of the rotary valve (6) of the outlet valve, in particular by at least a factor of 2.5.
3. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, 3. Heat engine according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Drehschieber (5,6) zumindest des Einlassventils eine zu seiner Drehachse koaxiale, vorzugsweise periphere, Verschlussfläche (18,28) zum Verschließen einer Öffnung (27,34) des Arbeitsraums (3) aufweist, wobei in die Verschlussfläche (18,28) ein in einer Drehstellung des Drehschiebers (5,6) die Öffnung (27,34) freigebender Durchbruch (19,20;29) ausmündet.  in that the rotary slide valve (5, 6) of at least the inlet valve has a closure surface (18, 28), which is coaxial to its axis of rotation, for closing an opening (27, 34) of the working space (3), wherein the closure surface (18, 28 ) in a rotational position of the rotary valve (5,6), the opening (27,34) releasing opening (19,20; 29) opens.
4. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 3, 4. Heat engine according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Verschlussfläche (18,28) die Form einer Kugeloberfläche aufweist.  the closure surface (18, 28) has the shape of a spherical surface.
5. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, 5. Heat engine according to claim 3 or 4,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Drehschieber (5) des Einlassventils in einer unter dem Druck des Arbeitsmediums stehenden Gehäuseinnenraum (36) angeordnet ist.  the rotary valve (5) of the inlet valve is arranged in a housing interior (36) which is under the pressure of the working medium.
6. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 6. Heat engine according to one of claims 3 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussfläche (18,28) gleitend gegen eine die Öffnung (27,34) einfassende, vorzugsweise gegen die Verschlussfläche (18,28) vorstehende, Ringdichtung (26,33) anliegt. characterized, in that the closure surface (18, 28) slides in a sliding manner against an annular seal (26, 33) which surrounds the opening (27, 34) and projects preferably against the closure surface (18, 28).
7. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 6, 7. Heat engine according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Verschlussfläche (18,28) durch eine polierte Metalloberfläche gebildet und die Ringdichtung (26,36) aus einem Kunststoff, Kohlenstoff oder/und Graphit hergestellt ist.  in that the closure surface (18, 28) is formed by a polished metal surface and the ring seal (26, 36) is produced from a plastic, carbon or / and graphite.
8. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. Heat engine according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass mehrere, in einer Reihe angeordnete Kolben-Zylinder-Anordnungen vorgesehen und die Drehschieber (5) zumindest der Einlassventile durch eine gemeinsame, sich entlang der Reihe erstreckende Welle (7) drehbar sind.  a plurality of piston-cylinder arrangements arranged in a row are provided, and the rotary valves (5) of at least the inlet valves are rotatable by a common shaft (7) extending along the row.
9. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 8, 9. Heat engine according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest die Einlassventile in einen den mehreren Kolben-Zylinder- Anordnungen gemeinsame Zylinderkopfbaugruppe (4) integriert sind.  in that at least the inlet valves are integrated in a cylinder head assembly (4) common to the several piston-cylinder arrangements.
10. Wärmekraftmaschine nach einem der Anspruch 1 bis 9, 10. Heat engine according to one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass mit dem Arbeitsraum (3) eine, vorzugsweise in ihrem Raumvolumen verstellbare, Nebenkammer (12) verbunden ist und insbesondere die Zylinderkopfbaugruppe (4) neben den Einlassventilen und ggf. Auslassventilen mit den Arbeitsräumen (3) verbundene Nebenkammern (12) um- fasst.  in that a secondary chamber (12), which is preferably adjustable in its volume, is connected to the working space (3) and in particular the cylinder head assembly (4) comprises secondary chambers (12) connected to the working spaces (3) in addition to the inlet valves and possibly outlet valves.
1 1 . Wärmekraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, 1 1. Heat engine according to claim 9 or 10,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Zylinderkopfbaugruppe (4) ein Gehäuse (9) zur Aufnahme aller Drehschieber (5) der Einlassventile und deren gemeinsamer Welle (7) aufweist, dessen Innenraum (36) mit dem Druck des Arbeitsmediums  in that the cylinder head assembly (4) has a housing (9) for accommodating all rotary valves (5) of the intake valves and their common shaft (7), the interior space (36) of which is at the pressure of the working medium
beaufschlagbar ist. can be acted upon.
12. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 1 , 12. Heat engine according to claim 1 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die den Drehschiebern (5) der Einlassventile gemeinsame Welle (7) in der Wand des Gehäuses (9) gasdicht gelagert ist.  in that the shaft (7) which is common to the rotary valves (5) of the inlet valves is mounted in a gas-tight manner in the wall of the housing (9).
13. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, 13. Heat engine according to one of claims 9 to 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Zylinderkopfbaugruppe (4) ein weiteres, sich zu dem genannten Gehäuse (9) parallel erstreckendes Gehäuse (10) für die Aufnahme aller Drehschieber (6) der Auslassventile und deren gemeinsamer Welle (8) aufweist.  in that the cylinder head assembly (4) has a further housing (10) extending parallel to said housing (9) for receiving all the rotary valves (6) of the exhaust valves and their common shaft (8).
14. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 13, 14. Heat engine according to one of claims 9 to 13,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Zylinderkopfbaugruppe (4) einen mit dem weiteren Gehäuse (10) verbundenen, sich vorzugsweise parallel zu den genannten Gehäusen (9,10) erstreckenden Auslasskanal (1 1 ) umfasst.  in that the cylinder head assembly (4) comprises an outlet channel (1 1) connected to the further housing (10) and preferably extending parallel to said housings (9, 10).
15. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 14, 15. Heat engine according to one of claims 3 to 14,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Phasenlage des Durchbruchs (19,20;29) in der Verschlussfläche (18,28) des Drehschiebers (5,6) zumindest des Einlassventils in Bezug auf die Stellung des Kolbens (2) verstellbar ist.  the phase position of the aperture (19, 20; 29) in the closure surface (18, 28) of the rotary valve (5, 6) of at least the inlet valve is adjustable relative to the position of the piston (2).
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