DE2262435A1

DE2262435A1 - Heissgasmotor

Info

Publication number: DE2262435A1
Application number: DE2262435A
Authority: DE
Inventors: Ingenmar Joel Greis
Original assignee: United Stirling AB and Co
Current assignee: United Stirling AB and Co
Priority date: 1971-12-21
Filing date: 1972-12-20
Publication date: 1973-07-12
Also published as: DE2262435B2; GB1315889A; DE2262435C3; JPS5143543B2; US3812677A; JPS4868937A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heißgasmotor mit zwei Zylindern und zwei Kolben, von denen jeder in einem Zylinder arbeitet und den Zylinder in einen oberen und einen unteren Raum teilt, wobei die oberen Räume über Erhitzerrohre und eine Hintereinanderschaltung eines Regenerators und eines Kühlers miteinander in Verbindung stehen und die unteren Räume mit einem unter Druck stehenden Kurbelgehäuse verbunden sind.

Derartige Heißgasmotoren können, da sie nur wenige bewegliche Teile besitzen, sehr einfach im Aufbau und somit billig in der Herstellung und zuverlässig im Betrieb sein. Jedoch besteht bei ihnen eine Schwierigkeit darin, daß das in dem Kurbelgehäuse vorhandene Öl zwischen den Kolben und den Zylinderwänden in die oberen Räume der Zylinder gelangen und eine Verunreinigung des Arbeitsgases hervorrufen kann.

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Ziel der Erfindung ist es, bei einem Heißgasmotor der eingangs genannten Art die Gefahr der Verunreinigung des Arbeitsgases durch öl zu vermeiden oder wesentlich herabzusetzen.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jeder Kolben und jeder Zylinder einen oberen und einen unteren Teil aufweisen, wobei die oberen Teile einen geringeren Durchmesser als die unteren Teile besitzen, und daß zwischen den beiden Teilen jedes Zylinders eine Schulterfläche ausgebildet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer beispielsweisen Ausführungsform unter Bezugnahme auf ihre schematische Schnittansicht in der beiliegenden einzigen Figur näher erläutert.

Das Kurbelgehäuse 1 des Heißgasmotors trägt zwei Zylinder, deren Achsen senkrecht zueinander angeordnet sind. Jeder der Zylinder besteht aus zwei miteinander verbundenen, koaxialen Teilen, wobei die beiden oberen Teile 2 und 4 geringere Innendurchmesser aufweisen als die beiden unteren Teile 3 und 5. In jedem Zylinder befindet sich ein Kolben, der zwei Teile verschiedenen Durchmessers besitzt, die in die jeweiligen Abschnitte der Zylinder passen. Die 'Kolbenteile geringeren Durchmessers sind mit 6 und 7, die Kolbenteile größeren Durchmessers mit θ und 9 bezeichnet. In jedem der beiden Zylinder ist über dem Kolbenteil 6 bzw. 7 ein oberer Raum in Form eines Arbeitsraums 10 bzw. 11 ausgebildet. Der Arbeitsraum 10 wird auf einem hohen Temperaturniveau von beispielsweise 700 ⁰C gehalten, während der Arbeitsraum 11 auf einer wesentlich geringeren Temperatur, beispielsweise 80 ⁰C, gehalten wird. Die beiden Arbeitsräume sind mit einem Arbeitsgas, etwa Wasserstoff oder Helium, gefüllt und üoer eine Vielzahl von Erhitzerrohren 12 (von denen nur eines dargestellt ist), einen Regenerator 13 und einen Kühler

14 miteinander verounden. Die Kolben 6,8 und 7,9 sind durch eine Pleuelstange 16 bzw. 17 mit einer Kurbelwelle 15 verbunden. Die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 6,8 eilt derjenigen des Kolbens 7,9 um 90° der Kurbelwellendrehung voraus, wenn sich die Kurbelwelle

15 in Vorwärtsrichtung dreht, d.h. nach der Darstellung in der Figur

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entgegen dem Uhrzeigersinn.

Zwischen den Wänden der Zylinder- und Ko Ib ent ei Ie sind zwei untere Räume 18 ausgebildet. Aufgrund des Unterschieds im Innendurchmesser der Zylinderteile ändern sich die Volumina der Säume 18 während jedes Takts des Motors» Jeder Raum 18 steht über eine Leitung 19 in direkter Verbindung mit dem Inneren des unter Druck" stehenden Kurbelgehäuses 1. Die Leitung 19 enthält ein Rückschlagventil 20, das ein Strömen des Gases nur in Richtung von dem jeweiligen Raum 18 in das Innere des Kurbelgehäuses 1 gestattet. Eine weitere Leitung 21, die einen Ölfilter 22 und eine verengte Austrittsöffnung 23 besitzt, verbindet das Innere des Kurbelgehäuses 1 mit dem Arbeitsraum 11.

Die Arbeitsweise ist wie. folgt. Während des Betriebs enthalten die beiden Arbeitsräume 10 und 11 Arbeitsgas·bei einem hohen Mitteldruck von beispielsweise 150 Bar. Aufgrund der Bewegungen der Kolben ändert sich dieser Druck jedoch während einer Umdrehung der Kurbel-· welle 15, und zwar -etwa zwischen 125 und 175 Bar. Da der Kolben 6,8 im Hochtemperatur-Zylinder dem Kolben 7,9 im Niedrigtemperatur-Zylinder 4,5 um 90° Kurbelwellendrehung vorauseilt, wird während jedes Takts mechanische Energie erzeugt.

Es ist wichtig zu verhindern, daß irgendetwas von dem Öl, welches zur Schmierung der Pleuelstangen und der Kurbelwelle sowie der Kolbenteile 8 und 9 notwendig ist, weiter in Richtung auf die Arbeitsräume 10 und 11 gelangen kann. Würde etwas von dem Öl in diese Räume eintreten, so würde das Arbeitsgas verunreinigt und der Regenerator 13 schnell zerstört.

Der Unterschied zwischen den Innendurchmessern der Zylinderteile 2 und 3 sowie der Unterschied zwischen den Innendurchmessern der Zylinderteile 4 und 5 dient dazu, innere Schulterflächen 24 und 25 auszubilden, die kreisförmige, scharfe Kanten 26 und 27 besitzen. Diese Kanten 26 und 27 verhindern, daß Öl in die von dem Kurbelgehäuse entfernt liegenden Zylinderenden gelangen kann.

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Der bei jedem Kolben befindliche Raum 18 verändert während der Kolbenbewegungen sein Volumen. Diese Volumenänderuiig wird ausgenutzt, um eine Pumpwirkung zu erzielen, indem der Raum 18 über eine Leitung, die ein Rückschlagventil 20 aufweist, mit dem Inneren des Kurbelgehäuses verbunden wird. Irgendwelches Leckgas, das mit 151 vermischt sein kann, wird also kontinuierlich aus dem Raum 18 im das Innere des Kurbelgehäuses gepumpt.

In abgewandelten Ausfiihrungsformen könnte diese Wirkung erreicht werden, indem in den Kolbenteilen 8 und 9 Kickschlagventile vorgesehen oder die Kolbenringe in geeigneter Weise ausgebildet werden, wie es der Fachwelt bekannt ist.

Aufgrund des Gasstroms durch die Leitung 21 entspricht der Druck im Kurbelgehäuse dem Mitteldruck des Arbeitstaktes. Die verengte Austrittsöffnung 23 könnte durch ein Rückschlagventil ersetzt werden, das ein Strömen des Gases nur in Richtung in den Raum 11 gestattet. In diesem Fall würde der Druck im Kurbelgehäuse dem minimalen Druck entsprechen, der während eines Taktes auftritt.» und die Pumpwirkung der Räume 18 verbessert werden. Weiterhin könnten die Wände des Kurbelgehäuses dünner ausgebildet und somit von gerin-. gerem Gewicht sein. Jedoch würde dann der Gasdruck in dem Kurbelgehäuse in geringerem Maße dem Gasdruck in den Arb»itaräumen entgegenwirken, so daß sich die Kräfte auf die Kurbelwellenlager entsprechend erhöhen wurden.

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Claims

Patentansprüche

Heißgasmotor mit zwei Zylindern und zwei Kolben, von denen jeder in einem Zylinder arbeitet und den Zylinder in einen oberen und einen unteren Raum teilt, wobei die oberen Räume über Erhitzerrohre und eine Hintereinanderschaltung eines Regenerators und eines Kühlers miteinander in Verbindung stehen und die unteren Räume mit einem unter Druck stehenden Kurbelgehäuse verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben und jeder Zylinder einen oberen und einen unteren Teil aufweist, wobei die oberen Teile einen geringeren Durchmesser als die unteren Teile besitzen, und daß zwischen den beiden Teilen jedes Zylinders eine Schulterfläche ausgebildet ist.
2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden unteren Räume jeweils zwischen den beiden Teilen jedes Zylinders ausgebildet sind und mit dem Kurbelgehäuse jeweils über eine Einwegverbindung in Verbindung stehen, die ein Strömen des Gases nur in Richtung auf das Kurbelgehäuse erlaubt.
3. Heißgasmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwegverbindung durch Kolbenringe gebildet ist, die ein Strömen des Gases zwischen dem Kolben und der Zylinderwand nur. in Richtung auf das Kurbelgehäuse erlaubt.
4. Heißgasmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ELnwegverbindung durch eine Leitung gebildet ist, die ein Rückschlagventil enthält.
5. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung, die einen ölabscheider und eine dan Gasstrom Widerstand bietende Einrichtung enthält, das Innere des Kurbelgehäuses und den oberen Raum eines der Zylinder miteinander verbindet.

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6. Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung, die ein Eiickschlagventil und einen ölabscheider enthält, das Innere des Kurbelgehäuses und den oberen Raum eines der Zylinder miteinander verbindet.

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