DE803388C

DE803388C - Freikolben-Treibgaserzeuger

Info

Publication number: DE803388C
Application number: DEP51523A
Authority: DE
Inventors: Willi Kastert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-08-10
Filing date: 1949-08-10
Publication date: 1951-04-02

Description

Freikolben-Treibgaserzeuger Der Grundgedanke des Treibgaserzeugers ist bekannt. Er beruht auf der Aufladung eines Verbrennungsmotors auf ein so hohes Druckniveau, daß die gesamte Motorleistung für die \'orverdichtung der Verbrennungsluft benutzt wird. die Nutzleistung aber erst durch die Expansion der den Motor mit aufgestautem Druck verlassenden .Abgase in einer zweiten Kraftmaschine, vorzugsweise einerTurbine, erzeugt wird. Der Hauptvorteil des Treibgasverfahrens besteht in der Möglichkeit, durch die Zusammenarbeit des für hohe Drücke und Temperaturen geeigneten Kolbenmotors mit der für niedrige Drücke und damit große Gasvolumen geeigneten Turbine hohe Wirkungsgrade zu erzielen. Mit diesem Verfahren sind bereits heute die Wirkungsgrade des Dieselmotors, der bisher wirtschaftlichsten Verbrennungskraftmaschine, überschritten worden. Außer den bekannten Treibgaserzeugern mit Kurbeltrieb (Dieselmotor mit gekuppeltem Verdichter) werden bereits Treibgaserzeuger benutzt, die ähnlich wie die Freikolbenverdichter (Bauart Junkers und Pescara) aus zwei gegenläufigen Motorkolben bestehen, die mit je einem Verdichterkolben größeren Durchmessers organisch verbunden sind. ?Motor und Verdichter sind also ohne Umweg über eine Kurbelwelle unmittelbar miteinander verbunden. Diese Freikolben-Treibgaserzeuger vermeiden die Verluste, die durch Kurbelwelle und Pleuelstan-. gen entstehen, benötigen aber immer noch ein Kuppungsgetriebe mit Zahnstangen und Zahnrädern oder ein Parallelogrammhebelsystem, um den Gleichgang der gegenläufigen Kolben zu sicberri. Besondere Einrichtungen sind bei diesen Ausführungen auch noch notwendig, um die Bewegungsenergie der Kolben aufzufangen und sie wieder in die innere Totlage zurückzuführen. Entweder muß die Kolben-

rückführungsenergie allein in den entsprechend be-

messenen Toträumen der Verdichterzylinder auf-

gespeichert werden, oder es müssen zwei besonders

eingebaute Luftkissen die Rückführungsarbeit über-

nehmen. Auch die Regelung bildet bei den bisher

bekannten gegenläufigen Freikolben-Treibgaserzeu-

gern ein besonders schwieriges Problem. Die mittels

Druckluft gespeicherte Kolbenrückführungsenergie

muB auf den Arbeitshub der Kolben, d. h. auf die

Belastung abgestimmt werden.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nach-

teile der gegenläufigen Kolben dadurch, daß die

organisch miteinander verbundenen Verdichter- und

Motorzylinder beweglich gelagert sind und im

Gegenlauf doppelt wirkend mit den ebenfalls orga-

nisch verbundenen Verdichter- und Motorkolben

arbeiten.

Die Abb. i zeigt das Schema einer einfachen Aus-

führungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens, wäh-

rend die Abb. 2 und 3 weitere Verbesserungsmög-

lichkeiten zeigen. In dem fest stehenden Gehäuse i

ist ein Z - 1 n" i ".r e 2, axial frei beweglich ge-

lagert. Der Zy-Iin er orper besteht aus zwei Motor-

zylindern und einem in der Mitte befindlichen Ver-

dichterzylinder größeren Durchmessers. Im Inneren

des Zylinderkörpers ist ein ebenfalls frei beweg-

licher Kolbenkörüer 3 angeordnet, bestehend aus

zwei :Motorkolben und einem zwischen diesen ein-

gebauten *doppelt wirkendenVerdichterkolben. Zy!in-

der- und er bewegen sich im Betrieb

gegenläufig. Diben sind gegen die Zylinder-

laufflächen und die Zylinder gegen die Gehäuselauf-

flächen mittels Kolbenringe .4 abgedichtet. Das An-

fahren des Treibgaserzeugers geschieht entweder

durch wechselseitiges Einblasen von Preßluft durch

dieöffnüngen 5 und 5' in dieVerbrennungsräume 15

und 15' oder durch Hinundherschleudern des

Zylinderkörpers 2 zwischen den beiden Totlagen

mittels des Bolzens 6. Durch die Druckluft oder die

Massenkräfte wird der Kolbenkör er 3 in die ent-

gegengesetzte Totlage geschleudert. Dec-Verdichter-

kolben%au t hierbei durch die Gehäusesc i' tfiT z

# unnctie in aBventile 8' Frischluft in den Ver-

dichterraum 9'. Beim Rückgang der Zylinder- und

Kolbenkörper wird die uff t vorverdichtet und durch

@` t`\ as enti iö in den Kolbeninnenraum i i gedrückt.

Kurz vor Erreichen der#Tolt ai-zee werden die AuslaB-

schlitze 12 im Gehäuse durch die Steuerschlitze 13

desZylinderkörpers freigegeben, die Frischluft kann

durch das Ventil 14 in den Verbrennungsraum 15

einströmen. Beim nächsten Takt wird die Verbren-

nungsluft hoch verdichtet. Kurz vor der nächsten

Totlage wird durch die Brennstoffdüse 16 und den

Steuerschlitz 13 Brennstoff in den Verbrennungs-

raum 15 eingespritzt, der durch Selbstzündung in

der hocherhitzten Luft zur Verbrennung kommt.

Beim folgenden Takt findet der gleiche Vorgang im

Verbrennungsraum 15' statt. Die, in der Abbildung

nicht gezeichnete Brennstoffpumpe wird durch den

Bolzen 6 gesteuert. Der Treibgaserzeuger arbeitet

nun selbständig. Die Abgase werden durch die

Steuerschlitze 12, 12' und 13, 13' sowie die Ab-

strömrohre 17 und 17' der Nutzleistungsmaschine,

beispielsweise einer in der Abbildung nicht gezeichneten T,,,.h,,, e, zugeleitet. Der Staudruck der Treibgase ist abhängig von der geförderten Luftmenge und dem DurchfluBquerschnitt der Turbine. Die in den Kolbenböden befindlichen EinlaBventile 1.4 und 14 öffnen sich selbsttätig, sobald der Druck in den Verbrennungsräumen 15 und 15' unter den des Kolbeninnenraumes i i gefallen ist. Die Leistungsregelung geschieht in einfachster Weise durch Änderung der Brennstoffmenge, wodurch die Spielzahl pro Minute und damit die Fördermenge und das Druckniveau in den Verbrennungsräumen geändert wird. Die in den Verbrennungsräumen sowohl dem Kolbenkörper 3 als auch dem Zylinderkörper 2 übertragene Bewegungsenergie wird durch die Verdichterarbeit in den entgegengesetzten Verbrennungs- und Verdichterräumen aufgefangen. Da die Rückführung der Kolben- und Zylinderkörper durch die Doppelwirkung entfällt, ist auch-eine besondere Regelung derRückführungsenergie unnötig. Weiter sind Kolben- und Zylinderkörper pneumatisch miteinander gekuppelt, so daß auch ein Synchronisiergetriebe überflüssig ist. Ein weiterer Vorteil derErfindung ist, daß das doppelt wirkende Verfahren einen gleichmäßigeren Druck des Abgasstromes erzeugt als das Verfahren mit Gegenlaufkolben. Die Zwischenschaltung eines Druckausgleichbehälters zwischen Treibgaserzeuger und Turbine ist damit nicht mehr nötig. Für das Verhältnis der Kolben- und Zylindergeschwindigkeiten sind in erster Linie die Massen dieser Körper maßgebend. Der etwas größere Reibungswiderstand des Zylinderkörpers kann durch eine entsprechende Bemessung seiner Masse ausgeglichen werden. Für den Gaswechselprozeß ist es vorteilhaft, daB die AuslaB-schlitze, nachdem Kolben- und Zylinderkörper die Totpunkte erreicht haben, schnell wiedergeschlossen werden. Dies wird nach der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise dadurch erreicht, daß die Massen der sich hin und her bewegenden Körper und damit die in der gleichen Zeitspanne zurückgelegten Hubwege verschieden groß gewählt werden. Ebenso können durch Anordnung von Luftkissen 18' (Abb. 2) oder Federn i9' (Abb.3) die öffnungs-und Schließzeiten der Steuerschlitze in der Weise beeinfluBt werden, daB ein besonders günstiger Gaswechsel erzielt wird. Luftkissen oder Federn können auch bei verschieden großen Hüben der Kolben-und Zylinderkörper angeordnet werden.

Claims

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