DE2332192A1

DE2332192A1 - DEVICE FOR CONTROLLING THE PERFORMANCE OF A HOT GAS PISTON MACHINE

Info

Publication number: DE2332192A1
Application number: DE2332192A
Authority: DE
Inventors: Falk Gaertner
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1973-06-25
Filing date: 1973-06-25
Publication date: 1975-01-09
Also published as: US3889465A; GB1454941A; SE7408275L

Description

T2-Lin/L 12.6,1973T2-Lin / L 12.6.1973

MOTOREN-WERKE MANNHEIM AG, vorm. BENZ Abt. stat. Motorenbau, 6800 Mannheim, Carl-Benz-Strasse 5MOTOREN-WERKE MANNHEIM AG, formerly BENZ Dept. stat. Engine construction, 6800 Mannheim, Carl-Benz-Strasse 5

Vorrichtung zur Regelung der Leistung einer Heißgaskolbenmaschine.Device for regulating the performance of a hot gas piston machine.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung der Leistung einer Heißgaskolbenmaschine mit einem heißen Raum und einem kalten Raum pro Zylinder, die durch einen in dem Zylinder beweglichen Kolben voneinander getrennt sowie wechselweise ver» kleinerbar und vergrößerbar sind, wobei der heiße Raum mit dem kalten Raum des gleichen oder eines anderen phasenverschoben arbei* tenden Maschinenzylinders über einen Strömungsweg verbunden ist, der hintereinandergeschaltet einen Erhitzer, einen Regenerator und einen Kühler enthält.The invention relates to a device for regulating the power of a hot gas piston machine with a hot space and a cold room per cylinder, which is separated from one another by a piston movable in the cylinder and alternately can be made smaller and larger, with the hot room working out of phase with the cold room of the same or another * trending machine cylinder is connected via a flow path, which is connected in series with a heater, a regenerator and includes a cooler.

Das bisher bei Heißgaskolbenmotoren der vorgenannten Bauart ange=» wandte Regel verfahren ist z.B. in der MTZ Jhg. 29 '(1968) auf Seite 290-291 beschrieben. Zur Regelung der Leistung wird der in den Arbeitsräumen des Heißgasmotors herrschende mittlere Druck derart verändert, daß bei hoher Leistung hoher Druck, bei niedriger Leistung niedriger Druck in den Räumen vorhanden ist. Die Änderung des Druckniveaus geschieht mit Hil-fe eines von der Maschine ange= triebenen Kompressors, der das Arbeitsmedium bei Leistungsvermin« derung in einen Vorratsbehälter pumpt, der unter hohem Druck steht. An einen solchen Kompressor werden sehr hohe Anforderungen gestellt Er muß ein hohes Druckverhältnis haben, ohne Schmierung des Kolbens arbeiten und hermetisch gegen Gase, wie Helium, abgedichtet sein. Diese Forderungen lassen sich nur schwer und wenn überhaupt, nur mit hohem Kostenaufwand erfüllen. Bei einer Leistungserhöhung läßt man bei der bekannten Regelung das Arbeitsmedium aus dem Vorrats= behälter in die Arbeitsräume strömen, wodurch der-mittlere Drück in diesen Räumen schnell ansteigt. Damit wird die am Arbeitsprozeß der Maschine beteiligte Gasmasse geändert, während die gesamte inThe previously used in hot gas piston engines of the aforementioned type = » The applied rule procedure is e.g. in the MTZ Jhg. 29 '(1968) on page 290-291. To regulate the power, the in the Working spaces of the hot gas engine prevailing mean pressure changed so that at high power high pressure, at low Low pressure performance is present in the rooms. The change in the pressure level takes place with the aid of one of the machines driven compressor, which uses the working medium when the power is reduced. This is pumped into a storage tank that is under high pressure. Very high demands are made on such a compressor. It must have a high pressure ratio without lubrication of the piston work and be hermetically sealed against gases such as helium. These demands can only be met with difficulty, and if at all, only meet at high cost. When the power is increased, the working medium is left out of the supply with the known regulation containers flow into the work rooms, causing the-medium pressure increases rapidly in these rooms. This changes the gas mass involved in the work process of the machine, while the entire in

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den Arbeitsräumen und im Vorratsbehälter befindliche Gasmasse unverändert bleibt. Das Abpumpen von Arbeitsmedium aus den Ar= beitsräumen durch den Kompressor geht relativ langsam vor sich, so daß man zu dem Ausweg einer sogenannten Kurzschlußregelung greifen muß, die zwar schnell genug reagiert,"jedoch den Wirkungs= grad der Maschine während der Kurzschlußperioden bis auf Null ver= mindert. Diese Eigenschaft sowie der relativ aufwendige Regelkom= pressor sind die Nachteile, deren Vermeidung die Aufgabe der vor= liegenden Erfindung ist.the work rooms and the gas mass in the storage tank remains unchanged. The pumping of working medium from the work rooms by the compressor is relatively slow, so that you have to resort to the way out of a so-called short-circuit control, which reacts quickly enough, but the effect = degree of the machine is reduced to zero during the short-circuit periods. This property as well as the relatively complex rule com = pressor are the disadvantages, the avoidance of which is the task of the present invention.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einer Heißgaskolbenmaschine der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der heiße Raum über eine Kapillarleitung mit einem Behälter verbunden ist, dessen Inneres wahlweise über je eines von zwei Rückschlagventilen mit dem kalten Raum verbunden werden kann, wobei zur Erhöhung der Maschinenleistung der Innenraum des Behälters über dasjenige Rück= schlagventil mit dem kalten Raum verbunden wird, das eine Strömung aus dem heißen Raum über den Behälter in den kalten Raum zuläßt, während zur Senkung der Maschinenleistung der Innenraum des Be= hälters über dasjenige Rückschlagventil mit dem kalten Raum ver= bunden wird, das eine Strömung von dem kalten Raum über den Behäl* ter in den heißen Raum zuläßt.According to the invention, this object is achieved in a hot gas piston machine solved the type mentioned in that the hot space is connected via a capillary with a container, the Interior optionally via one of two check valves each can be connected to the cold room, with the interior of the container via the back = to increase the machine performance Check valve is connected to the cold room, which is a flow from the hot room through the container into the cold room, while the interior of the Be = holder via that check valve with the cold room ver = is bound, that a flow from the cold room over the container ter in the hot room.

Die erfindungsgemäße Regelung macht ebenso wie das vorerwähnte bekannte Regelverfahren von dem wirkungsgradneutralen Prinzip Gebrauch, die am Arbeitsprozeß der Maschine beteiligte Gasmasse zu ändern, wobei die gesamte Gasmasse konstant bleibt, d.h. zu bewirken, daß sich bei hoher Leistung eine große Masse Gas in den Arbeitsräumen der Maschine und eine kleine Masse Gas in dem Behäl= ter befindet, während bei kleiner Leistung wenig Gasmasse in der Arbeitsräumen und viel Gasmasse in dem Behälter vorhanden ist. Als geeignete Maßnahmen zur Verwirklichung dieses Prinzips werden gemäß der Erfindung Änderungen von Druck und Temperatur im Behäl= ter benutzt. Zur Änderung der Temperatur im Behälter werden die unterschiedlichen Temperaturen im kalten und im heißen Raum undThe control according to the invention, like the aforementioned known control method, makes use of the efficiency-neutral principle Use to change the gas mass involved in the working process of the machine, the total gas mass remaining constant, i.e. to cause a large mass of gas in the working spaces of the machine and a small mass of gas in the Behäl = at high power ter is, while at low power there is little gas mass in the work space and a lot of gas mass in the container. According to the invention, changes in pressure and temperature in the container are suitable measures for implementing this principle ter used. To change the temperature in the container, the different temperatures in the cold and in the hot room and

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zur Änderung des Druckes der periodisch wechselnde Druck in den Arbeitsräumen der Maschine herangezogen, wobei die Temperatur die Gasdichte im Behälter im gewünschten Sinn beeinflußt. Wenn eine Strömung aus dem heißen Raum über den Behälter in den kalten Baum stattfindet, steigert die aus dem heißen Raum in den Behälter ge= langende Wärme den Behälterdruck und bewirkt gleichzeitig eine Ausdehnung des Gases im Behälter. Dadurch wird Gas aus dem Behälter in den kalten Raum verdrängt und der Druck in den Arbeitsräumen der Maschine und damit die am Arbeitsprozeß teilnehmende Gasmasse erhöht, während die Gasdichte und damit die Masse des im Behälter verbleibenden Gases verkleinert wird. Wenn eine Strömung aus dem kalten Raum über den Behälter in den heißen Raum stattfindet, wird der heiße Behälterinhalt in den heißen Raum verdrängt, wobei kaltes Gas nachströmt, wodurch der Behälterdruck sinkt. Dadurch fällt auch der Druck in den Arbeitsräumen der Maschine und damit wird die am Arbeitsprozeß teilnehmende Gasmasse verkleinert. Da die Temperaturen in dem heißen und kalten Raum durch die Wärmetausch= elemente Erhitzer, Regenerator und Kühler auf den zur Verwirklichun des Stirlingprozesses erforderlichen Werten gehalten werden, bedeu= tet eine Druckerhöhung in den Arbeitsräumen eine Vergrößerung der am Arbeitsprozeß beteiligten Gasmasse und eine Drucksenkung in den Arbeitsräumen eine Verkleinerung der am Arbeitsprozeß beteiligten Gasmasse. Im Behälter sind die Verhältnisse insofern umgekehrt, als eine Druckerhöhung die Folge einer Temperaturerhöhung bzw. einer Gasdichtesenkung des Behälterinhaltes ist. Die Gasmasse im Behälter wird demnach.bei Druckerhöhung vermindert und bei Druck« senkungj Abkühlung und Erhöhung der Gasdichte vergrößert.to change the pressure, the periodically changing pressure in the working areas of the machine is used, the temperature being the Influenced gas density in the container in the desired sense. When a flow from the hot room over the container into the cold tree takes place, increases the ge = from the hot room into the container Long-term heat increases the pressure in the container and at the same time causes the gas in the container to expand. This releases gas from the container displaced into the cold room and the pressure in the working areas of the machine and thus the gas mass participating in the work process increased, while the gas density and thus the mass of the gas remaining in the container is reduced. If there is a current out of the cold room takes place over the container in the hot room, the hot container contents are displaced into the hot room, whereby cold Gas flows in, causing the container pressure to drop. As a result, the pressure in the working areas of the machine falls and thus becomes the gas mass participating in the work process is reduced. Since the temperatures in the hot and cold room due to the heat exchange = elements heater, regenerator and cooler on the to be realized of the Stirling process required values are maintained, meaning = tet an increase in pressure in the work rooms, an increase in the gas mass involved in the work process and a pressure reduction in the Work rooms a reduction of the gas mass involved in the work process. In the container the conditions are reversed insofar as as a pressure increase is the consequence of an increase in temperature or a decrease in the gas density of the container contents. The gas mass in Accordingly, the container is reduced when the pressure rises, and when the pressure drops, it cools down and the gas density increases.

Bei Heißgaskolbenmaschinen mit einem Pufferraum kann dieser vorteil haft in die erfindungsgemäße Regelung einbezogen werden. Bei der Bauart von Heißgaskolbenmaschinen, bei welcher der heiße Raum mit' dem kalten Raum des gleichen Zylinders über Erhitzer, Regenerator und Kühler verbunden ist, arbeitet in dem Maschinenzylinder ein weiterer, meist als Arbeitskolben bezeichneter Kolben phasenver= schoben gegenüber demjenigen Kolben, der den heißen Raum von demIn hot gas piston machines with a buffer space, this can be advantageous liable to be included in the regulation according to the invention. In the case of the design of hot gas piston machines, in which the hot space with ' connected to the cold room of the same cylinder via heater, regenerator and cooler, works in the machine cylinder Another piston, usually referred to as a working piston, is phase shifted compared to the piston that occupies the hot space of the

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kalten Raum trennt und meist als Verdränger bezeichnet wird. Der Arbeitskolben trennt den Pufferraum von dem kalten Raum, der über ein im Hubtakt gesteuertes Überströmventil mit dem Pufferraum ver= bunden ist. Hierbei gibt es zwei Möglichkeiten das Überströmventil anzuordnen und zwar einmal so, daß der mittlere Druck im Puffer= raum gleich oder kleiner ist als der mittlere Druck im kalten Raum und zum anderen Mal so, daß der mittlere Druck im Pufferraum gleich oder größer ist als der mittlere Druck im kalten Raum. Die erstge= nannte Möglichkeit ergibt für die erfindungsgemäße Regelung w.egen der kleineren Gasmasse im Pufferraum den Vorteil mit einem kleine= ren Behälter auskommen zu können, v/ährend die zweite Möglichkeit den Vorteil eines Kraftrichtungswechsels im Triebwerk hat, was sich günstig auf die Haltbarkeit der Triebwerkslagerung auswirkt. Beide Möglichkeiten fördern die Wirkung der erfindungsgemäßen Regelung durch eine gegenüber der Ausführung ohne Pufferraum vergrößerte Druckdifferenz zum Laden und Entladen des Behälters. Demgemäß wird bei der Ausführung mit höherem Pufferraumdruck das Rückschlagventil das eine Strömung aus dem kalten Raum über den Behälter zum heißen Raum zuläßt, an den Pufferraum angeschlossen. Das erfindungsgemäße Prinzip bleibt dabei erhalten, da bei dieser Schaltung bei Leistung. Senkung eine Strömung von dem kalten Raum über das Überströmventil, den Pufferraum und den Behälter in den heißen Raum stattfindet. Bei der Ausführung mit niedrigerem Pufferraumdruck dagegen, wird dasjenige Rückschlagventil, das eine Strömung aus dem heißen Raum über den Behälter in den kalten Raum zuläßt, an den Pufferraum an= geschlossen, so daß in diesem Fall ebenfalls gemäß dem Erfindungsprinzip bei einer Leistungserhöhung eine Strömung aus dem heißen Raum über Behälter, Pufferraum und Überströmventil in den kalten Raum stattfindet.cold room and is usually referred to as a displacer. Of the The working piston separates the buffer space from the cold space, which is connected to the buffer space via an overflow valve controlled in the stroke cycle is bound. There are two ways of arranging the overflow valve, one in such a way that the mean pressure in the buffer = room is equal to or less than the mean pressure in the cold room and on the other hand so that the mean pressure in the buffer room is the same or greater than the mean pressure in the cold room. The first-mentioned possibility results in the control according to the invention w.egen The smaller gas mass in the buffer space has the advantage of being able to get by with a smaller container, while the second option has the advantage of changing the direction of force in the engine, which has a positive effect on the durability of the engine bearings. Both Possibilities promote the effect of the regulation according to the invention due to an increased pressure difference for loading and unloading the container compared to the version without a buffer space. Accordingly, will the non-return valve for the version with a higher buffer space pressure which allows a flow from the cold room via the container to the hot room, connected to the buffer space. The inventive Principle is retained, since with this circuit at power. Lowering a flow from the cold room via the overflow valve, the buffer space and the container takes place in the hot room. In the case of the version with a lower buffer space pressure, however, that check valve that allows a flow from the hot room via the container into the cold room, to the buffer room at = closed, so that in this case, also according to the principle of the invention, a flow from the hot when the power is increased Space via container, buffer space and overflow valve into the cold room takes place.

Da ein nennenswerter Massenstrom aus dem Behälter in den kalten Raum bzw. umgekehrt nur beim Übergang auf ein anderes Leistungs= niveau benötigt wird, kann die Kapillarleitung bei gleichbleibender Belastung vorteilhaft abgesperrt sein.Since a significant mass flow from the container into the cold room or vice versa only when switching to another power = level is required, the capillary line can advantageously be shut off when the load remains the same.

Um bei gleichbleibender hoher Belastung etwaige Wärmeverluste ausIn order to avoid any heat losses with a constant high load

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dem heißen Raum decken zu können, kann es auch vorteilhaft sein, daß der Querschnitt der Kapillarleitung in Abhängigkeit von der Größe und/oder Schnelligkeit der Laständerung derart veränderbar ist, daß bei großer und/oder schneller Laständerung ein relativ großer Querschnitt, bei gleichbleibender Belas'tung dagegen ein relativ kleiner Querschnitt eingestellt wird.To cover the hot room, it can also be advantageous that the cross section of the capillary line depending on the The size and / or speed of the load change can be changed in such a way that a relatively large and / or rapid load change large cross-section, whereas a relatively small cross-section is set with constant loading.

Da es für die Zwecke der erfindungsgemäßen Regelung genügt, daß sich die Wärmezufuhr zum Behälter bei Leistungssteigerung auf den Teil des Behälters beschränkt, an den die Kapillarleitung ange= schlossen ist, kann der Behälter vorteilhaft die Form eines Zylin= ders haben, in dem sich ein leicht beweglicher Kolben befindet. Der Kolben hat die Aufgabe einen unerwünschten Abfluß von Wärme in den kalten Raum zu vermindern.Since it is sufficient for the purposes of the inventive scheme that the heat supply to the container is limited to the part of the container to which the capillary is connected when the output is increased is closed, the container can advantageously have the shape of a cylinder = which has an easily movable piston. The piston has the task of reducing an undesired discharge of heat into the cold room.

Eine nahezu völlige Trennung des Behälters in einen heißeren und einen kälteren Teil kann vorteilhaft dadurch geschehen, daß in den Behälter eine hewegliche Trennwand, vorzugsweise in Gestalt eines Faltenbalges eingebaut ist.An almost complete separation of the container into a hotter and a colder part can advantageously be done in that Container a movable partition, preferably built in the form of a bellows.

Eine Durchmischung des heißen und des kalten Behälterinhaltes kann vorteilhaft dadurch vermindert werden, daß in den Behälter eine wendeiförmige Zwischenwand eingebaut ist.Mixing of the hot and cold contents of the container can advantageously be reduced by putting them in the container a helical partition is installed.

Die drei vorgenannten Maßnahmen zur Trennung des heißeren Teiles des Behälters von dem kälteren Teil dienen auch der Erhöhung der Regelgeschwindigkeit.The three aforementioned measures to separate the hotter part of the container from the colder part also serve to increase the Control speed.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.In the drawings are several embodiments of the invention shown.

Fig. 1 zeigt einen Zylinder einer mehrzylindrigen doppeltwirkenden Heißgaskolbenmaschine, der mit der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ausgerüstet ist.Fig. 1 shows a cylinder of a multi-cylinder double-acting Hot gas piston machine equipped with the control device according to the invention.

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J¹Ig. 2 zeigt den Druckverlauf in den Arbeitsräumen und in dem Behälter der in Fig. 1 dargestellten Maschine über dem Kurbelwinkel für Leistungssteigerung und LeistungsSenkung.J ¹ Ig. 2 shows the pressure curve in the working spaces and in the container of the machine shown in FIG. 1 over the crank angle for increasing and decreasing output.

Fig. 3 zeigt die zu Fig. 2 gehörenden Massenströme über dem Kurbel= winkel für Leistungssteigerung und Leistungssenkung.FIG. 3 shows the mass flows associated with FIG. 2 over the crank = angle for increasing and decreasing performance.

Fig. 4 zeigt einen'einzylindrigen Heißgasmotor, bei dem der Druck im Pufferraum überwiegend gleich oder kleiner als der Druck im kalten Raum ist.4 shows a single-cylinder hot gas engine in which the pressure in the buffer space is predominantly the same as or less than the pressure in the cold room.

Fig. 5 zeigt einen einzylindrigen Heißgasmotor, bei dem der Druck im Pufferraum überwiegend gleich oder größer als der Druck im kalten Raum ist.Fig. 5 shows a single cylinder hot gas engine in which the pressure in the buffer space is predominantly the same as or greater than the pressure in the cold room.

Fig. 6 zeigt den Druckverlauf in den Arbeitsräumen, im Behälter und im Pufferraum sowie den Massenstrom bei dem Motor gemäß Fig. 4- bei Leistungssteigerung.FIG. 6 shows the pressure curve in the working spaces, in the container and in the buffer space, as well as the mass flow in the motor according to FIG Fig. 4- with increased performance.

Fig. 7 zeigt die gleichen Parameter wie Fig. 6 jedoch für Leistungs Senkung.Fig. 7 shows the same parameters as Fig. 6 but for power Lowering.

Fig. 8 zeigt den Druckverlauf in den Arbeitsräumen, im Behälter und im Pufferraum bei dem in Fig. 5 dargestellten Motor für Leistungssteigerung.FIG. 8 shows the pressure profile in the working spaces, in the container and in the buffer space in the case of the motor shown in FIG. 5 for increased performance.

Fig. 9 zeigt die gleichen Parameter wie Fig. 8 «jedoch für Leistungssenkung.FIG. 9 shows the same parameters as FIG. 8, but for power reduction.

Fig. 10 zeigt den Behälter mit eingebautem Kolben. Fig. 11 zeigt den Behälter mit eingebautem Faltenbalg. Fig. 12 zeigt den Behälter mit wendeiförmiger Zwischenwand.Fig. 10 shows the container with a built-in piston. Fig. 11 shows the container with built-in bellows. Fig. 12 shows the container with a helical partition.

Fig. 13 zeigt die Vorrichtung, mit der die Kapillarleitung vorüber= gehend ganz oder teilweise abgesperrt werden kann.Fig. 13 shows the device with which the capillary line passes walking can be completely or partially cordoned off.

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In dem Zylinder 1 der in Fig. 1 schematisch dargestellten Heißgas= kolbenmaschine wird der heiße Raum 2 von dem kalten Raum 3 durch den Kolben 4 getrennt. Der Kolben 4 ist über die Kolbenstange 5 mit der nicht dargestellten Kurbelwelle der Maschine derart ver= bunden, daß dem Kolben 4 eine hin- und hergehende Bewegung erteilt wird, welche die Räume 2 und 3 wechselweise verkleinert und ver= größert, wenn sich die Kurbelwelle dreht. Der kalte Raum 3 ist über den Kühler 6, den Regenerator 7 und den Erhitzer 8 mit dem heißen Raum eines anderen, nicht dargestellten Zylinders der Ma= schine verbunden, dessen Kolben gegenüber dem Kolben 4 phasenver= schoben arbeitet. Der heiße Raum 2 ist über den Anschluß 9 in gleicher Weise mit dem kalten Raum eines weiteren, nicht·darge= stellten Zylinders verbunden, in dem ein Kolben phasenverschoben zu dem Kolben 4 arbeitet. Der heiße Raum 2 ist über die Kapillar«= leitung 10 mit einem Behälter 11 verbunden, dessen Inneres beim Öffnen des Absperrventiles 12 über die Leitung 13 und das Rück= schlagventil 14 mit dem kalten'Raum 3 verbunden wird. Dabei läßt das Rückschlagventil 14 nur eine Strömung aus dem kalten Raum 3 über den Behälter 11 und die Kapillarleitung 10 in den heißen Raum 2 zu. Beim Öffnen des Absperrventiles 15 wird ebenfalls eine Verbindung zwischen dem kalten Raum 3 und dem Inneren des Behälters 11 hergestellt, wobei das Rückschlagventil 16 nur eine Strömung aus dem heißen Raum 2 über den Behälter 11 und die Lei= tung 17 in den kalten Raum 3 zuläßt.In the cylinder 1 of the hot gas shown schematically in Fig. 1 = piston machine is the hot room 2 from the cold room 3 through the piston 4 separated. The piston 4 is in such a way ver = via the piston rod 5 with the crankshaft, not shown, of the machine bind that the piston 4 is given a reciprocating movement, which alternately reduces the spaces 2 and 3 and ver = increases when the crankshaft rotates. The cold room 3 is via the cooler 6, the regenerator 7 and the heater 8 with the hot space of another cylinder, not shown, of the Ma = Machine connected, the piston of which works out of phase with the piston 4 = shifted. The hot room 2 is in via port 9 connected in the same way to the cold chamber of a further cylinder, not shown, in which a piston is out of phase to the piston 4 works. The hot space 2 is connected via the capillary line 10 to a container 11, the interior of which is at Opening the shut-off valve 12 via the line 13 and the check valve 14 is connected to the cold room 3. Here lets the check valve 14 only allows a flow from the cold room 3 via the container 11 and the capillary line 10 into the hot one Room 2 too. When opening the shut-off valve 15 is also established a connection between the cold space 3 and the interior of the container 11, the check valve 16 only one Flow from the hot room 2 via the container 11 and the Lei = device 17 into the cold room 3 allows.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird aus Fig. 2 deutlich. Bei gleichbleibender Belastung sind die Ab= Sperrventile 12 und 15 geschlossen, über die Kapillarleitung 10 hat sich im Behälter 11 der mittlere Druck p_M der Arbeitsräume 2 und 3 eingestellt. Die Temperatur im Behälter 11 ist durch die vorausgegangenen Vorgänge bestimmt und liegt zwischen den Tempe= raturen der Räume 2 und 3. Zur Erhöhung der abgegebenen Leistung wird das Absperrventil 15 geöffnet, Dadurch strömt so lange Gas aus dem Behälter 11 in den kalten Raum 3 über das Rückschlagventil 16, als der momentane Druck P_x in diesem Raum niedriger ist als der Behälterdruck, d.hi während der Öffnungsdauer des Rückschlag=The mode of operation of the device described above is clear from FIG. When the load remains the same, the Ab = shut-off valves 12 and 15 are closed, and the mean pressure p _{M of} the working spaces 2 and 3 has been set in the container 11 via the capillary line 10. The temperature in the container 11 is determined by the previous processes and is between the temperatures of rooms 2 and 3. To increase the output, the shut-off valve 15 is opened, causing gas to flow from the container 11 into the cold room 3 for as long the check valve 16, as the instantaneous pressure P _x in this space is lower than the container pressure, i.e. during the opening period of the check =

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ventiles 16. Dementsprechend sinkt der Behälterdruck auf den Wert ρ_Ώ. Dadurch strömt Gas aus dem heißen Raum 2 über die Ka= pillarleitung 10 in den Behälter 11, wodurch die Behältertempera= tür auf die Temperatur im Raum 2 steigt, was die Gasdicht-e im Be= . hälter 11 vermindert. Dieser Zustand ist im oberen Teil von Fig. 2 dargestellt. Auf diese Weise wird erreicht, daß von der gesamten Gasmasse der kleinstmöglichste Teil im Behälter 11 und der größt= möglichste Teil in den Räumen 2 und 3 vorhanden ist. Soll die Leistung gesenkt werden, so wird das Absperrventil 12 geöffnet. Dadurch strömt Gas aus dem kalten Raum 3 über das Rückschlagventil 14 in den Behälter 11, solange der momentane Druck p_K' in diesem Raum höher ist als der Behälterdruck, d.h. während der Öffnungs= dauer B des Ruckschlagventiles 14. Dadurch steigt der Behälter= druck über den Druck p™' auf den Wert p-n'· Über die Kapillarleitung 10 strömt Gas in den heißen Raum 2 ab und die Temperatur im Behäl= ter 11 fällt auf die Temperatur im Raum 3, während die Gasdichte im Behälter 11 ansteigt. Dieser Zustand ist in Fig. 2 unten darge= stellt. Auf diese Weise wird erreicht, daß von der gesamten Gas= masse der größtmöglichste Anteil im Behälter 11 und der kleinstmög= lichste Anteil in den Räumen 2 und 3 vorhanden ist. In Fig. 3 sind die Massenströme in der Kapillarleitung .10 m_KA und m^. · bei Leistungssteigerung und Leistungssenkung und die Massenströme m« und m_ß während der Öffnungszeiten A und B der Rückschlagventile 16 und 14 dargestellt. Die Felder oberhalb der Nullinien zeigen Mas= senströme in Richtung auf die Räume 2 oder 3» die Felder unterhalb der Nullinien Massenströme in den Behälter 11 hinein an.valve 16. Accordingly, the tank pressure drops to the value ρ _Ώ . As a result, gas flows from the hot room 2 via the capillary line 10 into the container 11, whereby the container temperature rises to the temperature in room 2, which increases the gas density in the container. container 11 reduced. This state is shown in the upper part of FIG. In this way it is achieved that the smallest possible part of the total gas mass is present in the container 11 and the largest = possible part in the spaces 2 and 3. If the power is to be reduced, the shut-off valve 12 is opened. As a result, gas flows from the cold room 3 via the check valve 14 into the container 11 as long as the instantaneous pressure p _K 'in this room is higher than the container pressure, ie during the opening period B of the check valve 14. This increases the container pressure Via the pressure p ™ 'to the value p-n' · Gas flows through the capillary line 10 into the hot space 2 and the temperature in the container 11 falls to the temperature in the room 3, while the gas density in the container 11 increases. This state is shown below in FIG. 2. In this way it is achieved that of the total mass of gas, the largest possible proportion is present in the container 11 and the smallest possible proportion in the spaces 2 and 3. In Fig. 3, the mass flows in the capillary line are .10 m _KA and m ^. In the case of an increase in output and a decrease in output and the mass flows m «and m _{ß shown} during the opening times A and B of the check valves 16 and 14. The fields above the zero lines show mass flows in the direction of spaces 2 or 3, the fields below the zero lines show mass flows into the container 11.

In Fig. 4 und 5 sind einzylindrige Heißgasmotoren dargestellt, bei denen der heiße Raum 2 und der kalte Raum 3 durch einen Verdränger= kolben 18 voneinander getrennt sowie wechselweise verkleinerbar und vergrößerbar sind. Die Räume 2 und 3 des Zylinders 1 sind bei diesen Motoren über den Erhitzer 8, den Regenerator 7 und den Kühler 6 miteinander verbunden. Gegenüber dem Verdrängerkolben 18 phasenverschoben arbeitet der Arbeitskolben 19, der über die hohle Kolbenstange 20 mit dem Rhombentriebwerk 21 verbunden ist ebensoIn Fig. 4 and 5, single-cylinder hot gas engines are shown at where the hot room 2 and the cold room 3 are separated from one another by a displacer = piston 18 and can be alternately reduced in size and can be enlarged. The spaces 2 and 3 of the cylinder 1 are in these engines via the heater 8, the regenerator 7 and the Cooler 6 interconnected. With respect to the displacement piston 18 out of phase, the working piston 19 works, which is via the hollow Piston rod 20 is connected to the rhomb engine 21 as well

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wie die Kolbenstange 5 des Verdrängerkolbens 18. Der Arbeitskolben 19 trennt den Pufferraum 22 von dem kalten Raum 3· Pufferraum 22 und kalter Raum 3 sind miteinander jeweils über ein im Hubtakt der Maschine gesteuertes Überströmventil 23 bzw. 24 verbunden. Das Überströmventil 23 (Fig.4) bewirkt, daß der Druck p_p bzw. p_p· im Pufferraum 22 überwiegend gleich oder kleiner ist als der Druck P_K bzw. p_K' im kalten Raum 3· Dieser Druckverlauf ist in Fig. 6 und 7 zusammen mit den zugehörigen Massenströmen dargestellt. Bei der in Fig. 6 veranschaulichten Leistungssteigerungsphase, d.h. bei geöffnetem Absperrventil 15 strömt das Gas aus dem Behälter 11 mit dem Druck p_B während der Öffnungsdauer A des Rückschlagventiles 16 in den Pufferraum 22 und von dort während der Öffnungsdauer C des Überströmventiles 23 in den kalten Raum 3· Bei der in Fig. 7 dar» gestellten Leistungssenkungsphase bleibt das Überströmventil 23 geschlossen. Es tritt lediglich ein Massenstrom aus dem kalten Raum 3 über das geöffnete Absperrventil 12 während der öffnungs= dauer B des Rückschlagventiles 14 in den Behälter 11 auf. Demgegenüber bewirkt das Überströmventil 24, daß der Druck pp bzw. Pp' im Pufferraum 22 überwiegend gleich oder größer ist als der Druck p_K bzw. ρ · im kalten Raum 3· Dieser Druckverlauf ist in Fig. 8 und 9 zusammen mit den zugehörigen Massenströmen dargestellt Bei der in Fig. 8 dargestellten Leistungssteigerungsphase bleibt das Überströmventil 24 (Fig.5) geschlossen. Es tritt lediglich ein Massenstrom aus dem Behälter 11 über das geöffnete Absperrventil 15 während der Öffnungsdauer des Rückschlagventiles 16 in den kalten Raum 3 auf. Bei der in Fig. 9 dargestellten Leistungssenkungsphase, d.h. bei geöffnetem Absperrventil 12, strömt Gas aus dem kalten Raum 3 während der Öffnungsdauer D des Überströmventiles 24 in den Pufferaum 22 und von dort während der Öffnungsdauer B des Rückschlaj ventiles 14 in den Behälter 11. Die Regelung der Maschinen gemäß Fig. 4 und 5 gleicht demnach im Prinzip der Regelung der Maschine gemäß Fig. 1 mit dem Unterschied, daß der Massenstrom während jeweils einer der beiden Leistungsanderungsphasen'über den Puffer» raum 22 erfolgt.
Um unnötige Wärmeverluste aus dem Behälter 11 zum kalten Raum 3like the piston rod 5 of the displacement piston 18. The working piston 19 separates the buffer space 22 from the cold space 3. Buffer space 22 and cold space 3 are connected to one another via an overflow valve 23 or 24 controlled in the stroke cycle of the machine. The overflow valve 23 (FIG. 4) has the effect that the pressure p _p or p _p · in the buffer space 22 is predominantly equal to or less than the pressure P _K or p _K 'in the cold space 3 · This pressure curve is shown in FIG. 6 and 7 together with the associated mass flows. In the performance increase phase illustrated in FIG. 6, ie with the shut-off valve 15 open, the gas flows from the container 11 at the pressure p _B during the opening period A of the check valve 16 into the buffer space 22 and from there during the opening period C of the overflow valve 23 into the cold one Room 3 · During the power reduction phase shown in FIG. 7, the overflow valve 23 remains closed. Only a mass flow occurs from the cold space 3 via the open shut-off valve 12 during the opening duration B of the check valve 14 into the container 11. In contrast, the overflow valve 24 has the effect that the pressure pp or Pp 'in the buffer space 22 is predominantly equal to or greater than the pressure p _K or ρ · in the cold space 3 · This pressure curve is shown in FIGS. 8 and 9 together with the associated mass flows In the power increase phase shown in FIG. 8, the overflow valve 24 (FIG. 5) remains closed. Only a mass flow occurs from the container 11 via the open shut-off valve 15 during the opening period of the check valve 16 into the cold room 3. In the power reduction phase shown in Fig. 9, ie with the shut-off valve 12 open, gas flows from the cold room 3 during the opening period D of the overflow valve 24 into the buffer space 22 and from there during the opening period B of the Rückschlaj valve 14 into the container 11. The Control of the machines according to FIGS. 4 and 5 is therefore basically the same as the control of the machine according to FIG.
To avoid unnecessary heat losses from the container 11 to the cold room 3

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hin zu vermeiden und um die Regelgeschwindigkeit zu steigern, kann der.Behälter 11 zylindrisch geformt sein und einen leicht beweg= liehen Kolben 25 (Fig. 10) enthalten, der in der Leistungssenkungs= phase in der Nähe der Einmündung der Kapillarleitung 10, in der Leistungssteigerungsphase in der Nähe der Einmündungen der Leitun= gen 13 und 17 steht. Die nahezu völlige Trennung von heißem und kaltem Gas in dem Behälter 11 kann auch durch einen metallischen Faltenbalg 26 mit einer kleinen Öffnung 39 (Fig.11) erfolgen, dessen Boden 27 sich in der Leistungssenkungsphase in der Nähe der Einmündung der Kapillarleitung 10 befindet und der in der Leistungs= Steigerungsphase ganz zusammengedrückt ist. Oft genügt es die Ver= mischung von heißem und kaltem Gas zu verhindern. Das kann durch Einbau einer wendeiförmigen Zwischenwand 28 (Pig.12) in den Behäl= ter 11 geschehen.to avoid and to increase the control speed der.Behälters 11 be cylindrical in shape and contain a slightly movable = borrowed piston 25 (Fig. 10), which = in the power reduction phase near the confluence of the capillary line 10, in the performance enhancement phase near the confluence of the line 10 = gen 13 and 17. The almost complete separation of hot and cold gas in the container 11 can also be achieved by a metallic Bellows 26 are made with a small opening 39 (Fig.11), the bottom 27 of which is in the power reduction phase in the vicinity of the The confluence of the capillary line 10 is located and in the power = Phase is fully compressed. Often the ver = to prevent mixing of hot and cold gas. This can be done by installing a helical partition 28 (Pig.12) in the container happen ter 11.

Zur Vermeidung eines bei gleichbleibender Belastung entbehrlichen Massenstromes kann die Kapillarleitung 10 bei gleichbleibender Last ganz oder teilweise abgesperrt werden. Die entsprechende Vorrich*= tung ist in Fig. 13 dargestellt. Dort ist auch ein Beispiel für die Betätigung der Absperrventile 12 und 15 durch den von der Heißgas= kolbenmaschine angetriebenen Drehzahlregler 29 dargestellt. Sinkt die Drehzahl bei zunehmender Belastung der Maschine, so geht die Reglermuffe 30 nach unten. Der Winkelhebel 31 wird entgegen dem Uhrzeigersinn um den Punkt 32 verschwenkt und öffnet das Ventil 15. Dadurch steigt die von der Maschine abgegebene Leistung, wodurch die Drehzahl wieder zunimmt. Überschreitet die Drehzahl den Soll= wert, so wird das Absperrventil 12 über den Winkelhebel 31 geöffnet Jede Bewegung des Winkelhebels 31 aus der gezeigten Mittellage, in der die Ventile 12 und 15 geschlossen sind, öffnet über den Flüssig keitskatarakt 33» der sich gegenüber der Bewegung nahezu wie ein festes Bauteil verhält, gegen die Kraft der Rückstellfedern 34- und 35 das Ventil 36, das in die Kapillarleitung 10 eingebaut ist durch Verschwenken des Hebels 37 um den Punkt 38. Das Ventil 36 kann in der Mittellage der Hebel 31 und 37 geschlossen oder wenig geöffnet sein. Im Verlauf einer gewissen Zeit bringen die Rückstell federn 34 und 35 den Hebel 37 wieder in die Mittellage zurück,In order to avoid a mass flow that is dispensable with a constant load, the capillary line 10 can be used with a constant load be completely or partially cordoned off. The corresponding Vorrich * = device is shown in FIG. There is also an example of that Actuation of the shut-off valves 12 and 15 by the hot gas = piston engine driven speed controller 29 is shown. If the speed drops with increasing load on the machine, it works Regulator sleeve 30 down. The angle lever 31 is against Pivoted clockwise about point 32 and opens valve 15. This increases the power output by the machine, which increases the speed again. If the speed exceeds the target = value, the shut-off valve 12 is opened via the angle lever 31. Any movement of the angle lever 31 out of the central position shown, in the valves 12 and 15 are closed, opens over the liquid keitskatarakt 33 'which behaves almost like a solid component in relation to the movement, in relation to the force of the return springs 34 and 35 the valve 36, which is built into the capillary line 10 by pivoting the lever 37 about the point 38. The valve 36 can in the middle position of the levers 31 and 37 closed or little to be open. In the course of a certain time, the reset springs 34 and 35 the lever 37 back into the middle position,

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gleichgültig ob der Hebel 51 in die Mittellage zurückgekehrt iet oder nicht, wobei sich der Flussigkeitskatarakt 53 wie ein nach» giebiges Bauteil verhält.It does not matter whether the lever 51 has returned to the central position or not, the fluid cataract 53 behaving like a flexible component.

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Claims

- 12 - 12.6.1973

Claims

1J device for regulating the power of a hot gas piston = "" machine with one hot room and one cold room per cylinder, which are separated from each other by a piston movable in the cylinder, Bowie can be alternately reduced and enlarged, the hot room and the cold room of the same or another machine cylinder operating out of phase Flow path is connected, which contains in series a heater, a regenerator and a cooler, thereby characterized in that the hot space (2) is connected via a capillary line (10) to a container (11), the interior of which Wahl = wise via one of two check valves (14, 16) with the cold room (3) can be connected, with the interior of the container via the back = to increase the machine performance Check valve (16) is connected to the cold room, creating a flow from the hot room through the container into the cold room allows, while the interior of the container via that check valve (14) with the cold to reduce the machine performance Space is connected, which allows a flow from the cold room through the container into the hot room.

2. Device for regulating the power of a hot gas piston dimension machine with one hot room and one cold room per cylinder, which is driven by a displacement piston of = separated from each other, as well as can be reduced in size and increased in size = bar, whereby the hot space has a flow path that is behind = interconnected contains a heater, a regenerator and a cooler, with the cold room connected by a out of phase with the displacement piston movable working piston is separated from a buffer space in which a mean pressure prevails, who eats equal to or less than the mean pressure in the cold room, characterized in that the hot room (2) has a Capillary line (10) is connected to a container (11) whose . '. . - 13 -

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Inside to increase the performance with the buffer space (22) via a first check valve (16) is connected, which a flow from the hot room via the container into the buffer space, while the interior of the container to reduce the machine performance with the cold room (3) via a second non-return valve (14) is connected, which allows a flow from the cold room through the container into the hot room.

3. Device for regulating the power of a hot gas piston meter machine with a hot room and a cold room per cylinder, which by a displacement piston movable in the cylinder of » separated from each other, as well as alternately reduced and increased = are bar, with the hot space via a flow path that is connected in series with a heater, a regenerator and a Contains cooler, is connected to the cold room, which by phase shifted with respect to the displacer piston movable work piston is separated from a buffer space in which a middle one The pressure is equal to or greater than the mean pressure in the cold room, characterized in that the hot room (2) is connected via a capillary line (10) to a container (11), the interior of which is connected to the cold room to increase the output (3) is connected via a first check valve (16), which allows a flow from the hot room via the container into the cold room allows, while the interior of the container with the buffer space (22) via a second check valve (14) is connected to lower the machine performance, which a flow from the buffer space via the container into the hot room.

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3> characterized in that the capillary line (10) at constant load abge = is locked.

5. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the cross-section of the capillary line (10) changes in such a way as a function of the size and / or speed of the change in load bar is that with large and / or rapid load changes a

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relatively large cross-section, but with constant load a relatively small cross-section is set.

6. Apparatus according to claim 1, 2 or 3 _5, characterized in that the container (11) has the shape of a cylinder "in which there is an easily movable piston (25).

7. Apparatus according to claim 1, 2 or 3 »characterized in that a movable partition wall, preferably in the container (11) is installed in the form of a bellows (26).

8. Apparatus according to claim 1, 2 or 3 »characterized in that that a helical partition (28) is built into the container (11).

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