DE2942316A1 - DOUBLE-ACTING MULTI-CYLINDER STIRLING ENGINE - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden mehrzylindrigen Stirlingmotor mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a double-acting multi-cylinder Stirling engine with features corresponding to Preamble of claim 1.

Ein derartiger doppeltwirkender mehrzylindriger Stirlingmotor ist aus der DE-AS 24 22 125 bekannt. Bei diesem bekannten Stirlingmotor dient die Verwendung eines beidseitig sperrenden Dichtungskolbenringes und eines mit Durchlaßnuten zusammenwirkenden und ein nur in einer Richtung für Arbeitsgas durchlässiges Rückschlagventil bildenden zweiten Dichtungskolbenringes zur Ermöglichung einer Leistungsregelung durch Zuführung von Arbeitsgas in den triebwerkseitigen Arbeitsraum eines Zylinders. Die Zuführung von Arbeitsgas aus einem Behälter erfolgt dabei über eine Bohrung in der Kolbenstange und eine sich daran im Kolben anschließende Querbohrung, die in den Zwischenraum zwischen den beiden Dichtungskolbenringen einmündet, und den in Richtung triebwerkseitigem Arbeitsraum offenen Dichtungskolbenring und dessen Durchlaßnuten zum triebwerkseitigen Arbeitsraum. Ein Durchtritt von Arbeitsgas vom triebwerkseitigen Arbeitsraum in den brennerseitigen Arbeitsraum ist in keiner Stellung des Kolbens möglich, da der andere Dichtungskolbenring beidseitig sperrend ausgebildet ist. Dieser bekannte Stirlingmotor kann jedoch trotz verschiedener konstruktiver Übereinstimmungen keinen Hinweis auf den beanspruchten Stirlingmotor geben.Such a double-acting multi-cylinder Stirling engine is known from DE-AS 24 22 125. With this well-known Stirling engine uses a sealing piston ring that locks on both sides and one with Through grooves cooperating and a check valve which is permeable only in one direction for working gas forming second sealing piston ring to enable power control by supplying working gas into the engine-side working space of a cylinder. Working gas is supplied from a container through a hole in the piston rod and a transverse hole in the piston, which is shown in the gap between the two sealing piston rings opens, and the one in the direction of the engine side Working space open sealing piston ring and its passage grooves to the engine-side working space. A passage of working gas from the working space on the engine side into the working space on the burner side is in no position of the piston is possible because the other sealing piston ring is designed to lock on both sides. This well-known However, despite various constructive similarities, the Stirling engine cannot provide any reference to the claimed Give stirling engine.

Darüber hinaus ist durch die DE-OS 24 40 352 bereits ein doppeltwirkender mehrzylindriger Stirlingmotor bekannt geworden, dessen Konstruktion verhindern soll, daß in den getrennten Arbeitsgasladungen verschiedene mittlere wirk-In addition, a double-acting multi-cylinder Stirling engine is already known from DE-OS 24 40 352 the construction of which is intended to prevent different mean effective

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same Drücke auftreten. Zur Erfüllung dieser Forderung ist bei diesem bekannten Stirlingmotor vorgeschlagen, daß jeder Kolben einen Hohlraum mit einem Volumen größer als der Hubraum des Zylinders enthält, welcher Hohlraum über wenigstens einen Durchlaß mit einem Zwischenraum zwischen zwei Kolbenringen verbunden ist und mit Einrichtungen zur Aufrechterhaltung des minimalen Taktdruckes in seinem Innern zusammenwirkt. Die beiden Kolbenringe wirken dabei mit Durchlaßnuten zusammen und bilden jeweils ein Rückschlagventil, das einen Gasdurchtritt nur in Richtung aus dem Kolbenhohlraum heraus in jenen Arbeitsraum ermöglicht, der ein niedrigeres als im Hohlraum des Kolbens herrschendes Druckniveau aufweist. Für einen Druckausgleich zwischen den beiden Arbeitsräumen eines Zylinders ist eine Leckströmung zwischen den Kolbenringen und der angrenzenden Zylinderwand erforderlich, die bei dieser bekannten Einrichtung bewußt in Kauf genommen wird. Eine Leckströmung dieser Art ist an sich jedoch unerwünscht, da sich im Falle nicht exakt dichtender Kolbenringe zwangsläufig ein Leistungs- und Wirkungsgradverlust ergibt. Darüber hinaus werden bei dieser bekannten Einrichtung für einen Druckausgleich Leckströme verwendet, deren Mengen mehr oder weniger unkontrolliert - abhängig vom Zustand der Kolbenringe - aus einem Arbeitsraum in den Kolbenhohlraum überströmen und von diesem weitergeleitet werden sollen. Bei dichten, keine bzw. nur geringste Leckströme zulassenden Kolbenringen sind jedoch tatsächlich vorhandene Druckunterschiede in den beiden Arbeitsräumen eines Zylinders durch eine konstruktive Ausgestaltung gemäß der bekannten Lösung nicht ausgleichbar, da die beiden Dichtungsringe infolge der auf sie einwirkenden Maximumdrücke in Sperrlage verbleiben. Außerdem kann im Falle einer Leistungsnachrege-same pressures occur. To meet this requirement, it is proposed in this known Stirling engine that each Piston contains a cavity with a volume greater than the displacement of the cylinder, which cavity has at least a passage is connected to a space between two piston rings and with means for Maintaining the minimum clock pressure cooperates in its interior. The two piston rings work here with passage grooves and each form a check valve that allows gas to pass through only in the direction allows the piston cavity out into that working space which is lower than that prevailing in the cavity of the piston Has pressure level. A leakage flow is required for pressure equalization between the two working spaces of a cylinder between the piston rings and the adjacent cylinder wall required in this known device is consciously accepted. A leakage flow of this type is undesirable per se, however, since in the If piston rings do not seal exactly, there is inevitably a loss of performance and efficiency. Furthermore are used in this known device for a pressure equalization leakage currents whose quantities are more or less uncontrolled - depending on the condition of the piston rings - overflow from a working space into the piston cavity and should be forwarded by this. With dense, no or only minimal leakage currents Piston rings, however, are actually due to the pressure differences that exist in the two working spaces of a cylinder a structural design according to the known solution cannot be compensated because the two sealing rings as a result the maximum pressures acting on them remain in the blocking position. In addition, in the event of a performance readjustment

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lung durch Arbeitsgaszufuhr in die Arbeitsräume eines Zylinders der Kolbenhohlraum der bekannten Lösung die ihm zugewiesene Funktion auch bei leckenden Kolbenringen erst nach relativ langer Zeit wirksam werden, weil die Minimumdrücke der Zylinder mit den Mitteldrücken ansteigen und somit höher sind als der im Kolbenhohlraum vorher vorhandene Druck. Als Folge hieraus ergeben sich ungleiche Zylinderleistungen und eine ungleiche Kräfteverteilung, durch die die Lager aller an der Kurbelwelle angekoppelten Kolben ungleichmäßig belastet werden, was wiederum zur Beschädigung oder Zerstörung derselben schon nach relativ kurzfristiger Dauer führen kann.treatment by supplying working gas into the working spaces of a cylinder of the piston cavity of the known solution The function assigned to it will only take effect after a relatively long time, even if the piston rings leak, because the Minimum pressures of the cylinders increase with the mean pressures and are thus higher than that in the piston cavity before existing pressure. As a result, there are unequal cylinder outputs and an unequal distribution of forces, through which the bearings of all pistons coupled to the crankshaft are unevenly loaded, which in turn can lead to damage or destruction of the same after a relatively short period of time.

Es ist demgegenüber daher Aufgabe der Erfindung, bei einem doppeltwirkenden mehrzylindrigen Stirlingmotor der eingangs genannten Art einfache Vorkehrungen zu treffen, durch die wirksam und schnell eine Vergleichmäßigung der in den Arbeitsräumen der Zylinder herrschenden Mitteldrücke möglich ist.In contrast, it is therefore the object of the invention, in a double-acting multi-cylinder Stirling engine To take simple precautions, through the effective and quick equalization of the type mentioned at the beginning mean pressures prevailing in the working spaces of the cylinders is possible.

Diese Aufgabe ist durch einen Stirlingmotor mit Merkmalen entsprechend Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen desselben sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. This object is achieved by a Stirling engine with features according to claim 1. Advantageous configurations the same are characterized in the subclaims.

Der konstruktive und fertigungsseitige Mehraufwand bei einem Stirlingmotor mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Mitteldruckvergleichmäßigung erschöpft sich in vorteilhafter Weise gegenüber Stirlingmotoren mit Kolben, die zwei normale Kolbenringe aufweisen, darin, daß an einem Dichtungskolbenring bei ansonstem gleichen Kolbenaufbau zusätzlich nur noch einige Durchlaßnuten und in der Zylin-The additional effort in terms of design and production a Stirling engine with the device according to the invention for medium pressure equalization exhausts itself in an advantageous manner Way compared to Stirling engines with pistons, which have two normal piston rings, in that on one Sealing piston ring if the piston structure is otherwise the same, only a few passage grooves and in the cylinder

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derwand noch wenigstens ein überströmkanal eingeformt werden mußten, um zu einer Lösung des gestellten Problems zu gelangen.At least one overflow channel can be molded into the wall had to in order to arrive at a solution to the problem posed.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der einzigen Figur ist von einem doppeltwirkenden mehrzylindrigen Stirlingmotor der Einfachheit halber nur ein einziger Zylinder schematisch dargestellt, da alle weiteren Zylinder gleich wie der gezeigte ausgebildet sind.The invention is described in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing. The single figure is of a double-acting multi-cylinder Stirling engine, for the sake of simplicity, only a single cylinder is shown schematically, as all others Cylinders are designed the same as the one shown.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Zylinder eines doppeltwirkenden mehrzylindrigen Stirlingmotors, mit 2 eine Zylinderbohrung, mit 3 eine obere Zylinderwand und mit 4 eine untere, triebwerkseitige Zylinderwand bezeichnet. Mit 5 ist ein Kolben bezeichnet, der im Zylinder 1 in der Zylinderbohrung 2 geführt, axial in beiden Richtungen verschiebbar und mit seiner Kolbenstange 6 in nicht dargestellter, an sich bekannter Weise mit einem Kreuzkopf verbunden ist, der wiederum unter Zwischenschaltung einer Treibstange an einer Kurbelwelle des Stirlingmotors angekoppelt ist. Der Kolben 5 trennt durch zwei an ihm angeordnete, axial beabstandete Dichtungskolbenringe 7 und einen brennerseitig angeordneten, Arbeitsgas höherer Temperatur beinhaltenden Arbeitsraum 9 von einem triebwerkseitig angeordneten, Arbeitsgas niedrigerer Temperatur beinhaltenden Arbeitsraum 10. Dem Zylinder 1 ist im Bereich seiner oberen Zylinderwand 3 ein Brenner 11 zugeordnet, der zur Erhitzung des im Arbeitsraum 9 befindlichen Arbeitsgases dient und diesem von außen Wärme zuführt. Der Arbeitsraum 9 ist über einen Kanal 12 unter Zwischenschaltung eines Regenerators 13 und eines Küh-In the drawing, 1 is a cylinder of a double-acting multi-cylinder Stirling engine, and 2 is a Cylinder bore, 3 denotes an upper cylinder wall and 4 denotes a lower cylinder wall on the engine side. 5 with a piston is referred to, which is guided in the cylinder 1 in the cylinder bore 2, axially in both directions displaceable and with its piston rod 6 in a manner not shown, known per se, with a cross head is connected, which in turn is coupled to a crankshaft of the Stirling engine with the interposition of a drive rod is. The piston 5 is separated by two axially spaced sealing piston rings 7 and 7 arranged on it a working gas of higher temperature arranged on the burner side containing working space 9 from an engine-side arranged, lower temperature working gas containing working space 10. The cylinder 1 is assigned a burner 11 in the area of its upper cylinder wall 3, which serves to heat the working gas located in the working space 9 and supplies it with heat from the outside. The working space 9 is via a channel 12 with the interposition of a regenerator 13 and a cooling

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lers 14 mit dem triebwerkseitigen Arbeitsraum 10 eines nachfolgenden, nicht dargestellten Zylinders verbunden. In gleicher Weise ist der in der Figur dargestellte triebwerkseitige Arbeitsraum 10 über einen Kanal 15 unter Zwischenschaltung eines Regenerators 16 und eines Kühlers mit dem brennerseitigen Arbeitsraum 9 eines diesem dargestellten Zylinder vorgeschalteten Zylinders verbunden. Mit 18 ist eine Druckleitung bezeichnet, die einenendes in den triebwerkseitigen Arbeitsraum 10 des Zylinders mündet und andernendes an eine Arbeitsgasmengenregelungseinrichtung angeschlossen ist, durch die dem Arbeitsraum zur Leistungsregelung des Stirlingmotors Arbeitsgas zuführbar oder entnehmbar ist.lers 14 with the engine-side working space 10 one connected subsequent, not shown cylinder. In the same way, the one shown in the figure is engine-side Working space 10 via a channel 15 with the interposition a regenerator 16 and a cooler with the burner-side working space 9 of one of this shown Cylinder connected upstream cylinder. At 18 a pressure line is designated, one end opens into the engine-side working chamber 10 of the cylinder and the other end to a working gas volume control device is connected, through which working gas can be supplied to the working space for regulating the output of the Stirling engine or is removable.

Die beiden Dichtungskolbenringe 7 und 8 sitzen jeweils mit axialem Spiel in entsprechend ausgebildeten Nuten 19 bzw. 20 des Kolbens 5, liegen außen an der Zylinderbohrung 2 an und begrenzen einen Zwischenraum 21. Der obere Dichtungskolbenring 7 arbeitet mit Durchlaßnuten 22 zusammen und bildet mit diesen ein nur in einer Richtung für Arbeitsgas durchlässiges Rückschlagventil. Die Durchlaßnuten 22 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sternförmig und radial gerichtet an der dem Zwischenraum 21 zugewandten Seite des oberen Dichtungskolbenringes 7 angeordnet; sie könnten alternativ hierzu jedoch auch sternförmig und radial gerichtet an dem dem Zwischenraum zugewandten Boden der den ersten Dichtungskolbenring 7 aufnehmenden Nut 19 im Kolben 5 eingeformt sein. Die den Durchlaßnuten 22 gegenüberliegende Fläche am oberen Dichtungskolbenring 7 dient als Sperrfläche und wirkt mit der brennerseitigen Wand 24 der Nut 19 zur Erzielung einer Sperrwirkung zusammen. Der untere Dichtungs-The two sealing piston rings 7 and 8 are each seated with axial play in appropriately designed grooves 19 or 20 of the piston 5, rest on the outside of the cylinder bore 2 and delimit an intermediate space 21. The upper one Sealing piston ring 7 cooperates with passage grooves 22 and forms with these one only in one direction non-return valve permeable to working gas. The passage grooves 22 are in the embodiment shown Star-shaped and directed radially on the side of the upper sealing piston ring facing the intermediate space 21 7 arranged; Alternatively, however, they could also be star-shaped and directed radially on the dem The space facing the bottom of the groove 19 receiving the first sealing piston ring 7 is formed in the piston 5 be. The surface opposite the passage grooves 22 on the upper sealing piston ring 7 serves as a blocking surface and cooperates with the burner-side wall 24 of the groove 19 to achieve a locking effect. The lower sealing

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kolbenring 8 dagegen ist beidseitig sperrend ausgebildet; er wirkt mit seiner triebwerkseitigen Fläche 25 mit einer Wand 26 der Nut 20 und mit seiner brennerseitigen Fläche mit einer Wand 28 der Nut 20 zur Bildung einer Absperrung in beiden Richtungen zusammen.piston ring 8, on the other hand, is designed to be locking on both sides; it acts with its engine-side surface 25 with a Wall 26 of the groove 20 and with its burner-side surface with a wall 28 of the groove 20 to form a barrier in both directions together.

Die beiden Dichtungskolbenringe 7 und 8 sind erfindungsgemäß in dieser vorgeschriebenen speziellen Ausbildung und Anordnung Teil einer Einrichtung zur Vergleichmäßigung der in den Arbeitsräumen 9 und 10 eines Zylinders 1 herrschenden Arbeitsgasmitteldrücke, die desweiteren wenigstens einen Überströmkanal, im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere überströmkanäle 29, umfaßt. Diese Überströmkanäle sind als Längsnuten 30 ausgebildet und in der an die Zylinderbohrung 2 angrenzenden Zylinderwand 31 in Höhe der theoretischen Druckgleichheit zwischen Arbeitsraum 9 und Arbeitsraum 10 eingeformt. Die Länge der Längsnuten ist dabei etwas kleiner als der maximal mögliche Abstand der Flächen 23 und 25 an den beiden Dichtungskolbenringen 7 und 8; außerdem ist die Länge der Längsnuten 30 nur um ein geringes Maß größer als die Breite des zweiten Dichtungskolbenringes 8, wobei dieses Übermaß beispielsweise dem aus etwa 10° Kurbelwellendrehwinkel resultierenden Kolbenweg entspricht.The two sealing piston rings 7 and 8 are according to the invention in this prescribed special training and arrangement part of a device for equalizing the prevailing in the working spaces 9 and 10 of a cylinder 1 Working gas medium pressures, which furthermore have at least one overflow channel, in the illustrated embodiment a plurality of overflow channels 29 comprises. These overflow channels are designed as longitudinal grooves 30 and in the The cylinder wall 31 adjoining the cylinder bore 2 is at the level of the theoretical pressure equality between the working chamber 9 and working space 10 formed. The length of the longitudinal grooves is slightly smaller than the maximum possible distance the surfaces 23 and 25 on the two sealing piston rings 7 and 8; in addition, the length of the longitudinal grooves is 30 only slightly larger than the width of the second sealing piston ring 8, this oversize for example corresponds to the piston travel resulting from approximately 10 ° of the crankshaft rotation angle.

Aus dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung und Anordnung der beiden Dichtungskolbenringe 7 und 8 sowie der überströmkanäle 29 ergibt sich folgende Funktion.From this configuration and arrangement according to the invention the two sealing piston rings 7 and 8 and the overflow channels 29 result in the following function.

In einer Lage des Kolbens 5, in der sich beide Dichtungskolbenringe - wie in der Zeichnung gezeigt - oberhalb der Überströmkanäle 29 befinden, herrscht im mit Arbeitsgas aus dem Arbeitsraum 9 versorgten Zwischenraum 21 der gleiche Druck wie im brennerseitigen Arbeitsraum 9. Die-In a position of the piston 5 in which both sealing piston rings - as shown in the drawing - above the Overflow channels 29 are, there is in the intermediate space 21 supplied with working gas from the working space 9 same pressure as in the burner-side working space 9.

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ser Druck stellt ein Maximum dar. Der Druck im Zwischenraum 21 resultiert aus Arbeitsgas, das in diesen über den sich in dieser Kolbenlage in Öffnungstellung befindlichen oberen Dichtungskolbenring 7, dessen brennerseitige Fläche 23 von der Wand 24 der Nut 19 abgerückt ist, und die Durchlaßnuten 22 eingeströmt ist. Der im Zwischenraum 21 herrschende Druck greift mit einer zum triebwerkseitigen Arbeitsraum 10 hin gerichteten Kraftkomponente am unteren Dichtungskolbenring 8 an und preßt diesen mit seiner triebwerkseitigen Fläche 25 an die Wand 26 der Nut 20, so daß ein Durchtritt von Arbeitsgas aus dem Zwischenraum zum triebwerkseitigen Arbeitsraum 10 in dieser Kolbenlage wirksam verhindert ist.This pressure represents a maximum. The pressure in the space 21 results from the working gas that is in this over which are in this piston position in the open position upper sealing piston ring 7, the burner-side surface 23 of which has moved away from the wall 24 of the groove 19, and the passage grooves 22 has flown in. The pressure prevailing in the intermediate space 21 engages with a pressure on the engine side Working chamber 10 directed towards the force component on the lower sealing piston ring 8 and presses it with it its engine-side surface 25 to the wall 26 of the groove 20, so that a passage of working gas from the intermediate space to the engine-side working space 10 is effectively prevented in this piston position.

Erreicht nun der Kolben 5 bei seinem Abwärtsgang - ausgehend von der in der Zeichnung dargestellten Lage - eine Position, in der die Überströmkanäle 29 von der brennerseitigen Fläche 27 des unteren Dichtungskolbenringes 8 freigelegt sind, findet - sofern unterschiedliche Drücke im brennerseitigen Arbeitsraum 9 und dem triebwerkseitigen Arbeitsraum 10 vorherrschen - ein Druckausgleich statt, bei dem Arbeitsgas aus dem Arbeitsraum 9 über den Zwischenraum 21 und die Überströmkanäle 29 in den triebwerkseitigen Arbeitsraum 10 überströmt. Durch diesen Druckausgleich ergibt sich eine Vergleichmäßigung der in den beiden Arbeitsräumen 9 und 10 eines Zylinders herrschenden Mitteldrücke, deshalb, weil die Überströmkanäle 29 in Höhe der theoretischen Druckgleichheit zwischen erstem Arbeitsraum 9 und zweitem Arbeitsraum 10 eines Zylinders angeordnet sind. Der Druckausgleich kann jedoch wegen der einseitigen Dichtwirkung des oberen Kolbenringes nur vom oberen Arbeitsraum 9 zum unteren Arbeitsraum 10 stattfinden.If the piston now reaches 5 in its downward gear - starting from the position shown in the drawing - a position in which the overflow channels 29 from the burner side Surface 27 of the lower sealing piston ring 8 are exposed, takes place - if different pressures prevail in the burner-side working space 9 and the engine-side working space 10 - pressure equalization takes place, in the case of the working gas from the working space 9 via the intermediate space 21 and the overflow ducts 29 into the engine-side Workspace 10 flows over. This pressure equalization results in an equalization of the in the mean pressures prevailing in both working spaces 9 and 10 of a cylinder, because the overflow ducts 29 at the level of the theoretical pressure equality between the first working space 9 and the second working space 10 of a cylinder are arranged. The pressure equalization can, however, because of the one-sided sealing effect of the upper piston ring only take place from the upper work space 9 to the lower work space 10.

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Bei weiterem Abwärtsgang des Kolbens 5 innerhalb des Zylinders und nach vollständigem Überlaufen der Überströmkanäle 29 durch den unteren Dichtungskolbenring 8 greifen die im triebwerkseitigen Arbeitsraum 10 während der Kompressionsphase entstehenden höheren Drücke mit einer zum Arbeitsraum 9 hin gerichteten Kraftkomponente an der triebwerkseitigen Fläche 25 des unteren Dichtungskolbenringes 8 an, wodurch dieser mit seiner brennerseitigen Fläche 27 an die zugehörige Wand 28 der Nut 20 angepreßt und ein übertreten des im triebwerkseitigen Arbeitsraum 10 komprimierten Arbeitsgases in den Zwischenraum 21 wirksam verhindert ist. Der untere Dichtungskolbenring 8 behält diese Sperrlage auch während der auf die Kompressionsphase folgenden Expansionsphase, mithin beim erneuten Aufwärtsgang des Kolbens 5 bis zu dem Zeitpunkt bei, in dem er die Überströmkanäle 29 wiederum freilegt. Sobald diese Lage erreicht ist, kann Arbeitsgas aus dem Arbeitsraum 10 durch die Überströmkanäle 29 in den Zwischenraum 21 gelangen; da zu diesem Zeitpunkt jedoch der Druck des im Arbeitsraum befindlichen Arbeitsgases höher als jener des im Arbeitsraum 9 befindlichen Gases ist, wird der obere Kolbenring mit seiner brennerseitigen Fläche 23 an die Wand 24 der Nut 19 angepreßt, so daß ein übertritt von Arbeitsgas aus dem Arbeitsraum 10 in Richtung des Arbeitsraumes 9 wirksam verhindert ist. Nachdem im weiteren Verlauf der am betrachteten Kolben 5 wirkenden Zyklen der Druckunterschied zwischen den Arbeitsräumen wechselt, mithin beim weiteren Aufwärtsgang des Kolbens 5 der Arbeitsraum 9 einen höheren Druck als der Arbeitsraum 10 aufweist, greift nunmehr an der brennerseitigen Fläche 27 des unteren Dichtungskolbenringes 8 der sich im Zwischenraum 21 fortpflanzende höhere Arbeitsgasdruck mit einer Kraft-With further downward travel of the piston 5 within the cylinder and after the overflow channels have completely overflowed 29 through the lower sealing piston ring 8, the higher pressures arising in the engine-side working space 10 during the compression phase engage with the working space 9 directed force component on the engine side Surface 25 of the lower sealing piston ring 8, whereby this with its burner-side surface 27 to the associated wall 28 of the groove 20 is pressed and a crossing of the working gas compressed in the engine-side working space 10 is effectively prevented in the space 21. The lower sealing piston ring 8 retains this blocking position also during the expansion phase following the compression phase, i.e. when the piston moves up again 5 until the point in time at which he again exposes the overflow channels 29. Once reached this location is, working gas can pass from the working space 10 through the overflow channels 29 into the space 21; there At this point in time, however, the pressure of the working gas in the working space is higher than that of the working gas in the working space 9 is located gas, the upper piston ring is with its burner-side surface 23 on the wall 24 of the Groove 19 pressed on, so that a crossover of working gas from the work space 10 in the direction of the work space 9 is effectively prevented. After the the pressure difference between the working chambers changes on the piston under consideration 5 acting cycles, consequently with further upward gear of the piston 5, the working chamber 9 has a higher pressure than the working chamber 10, now engages the burner-side surface 27 of the lower sealing piston ring 8 which is located in the intermediate space 21 propagating higher working gas pressure with a force

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komponente in Richtung Triebwerk an, so daß er mit seiner triebwerkseitigen Fläche 2 5 wieder an die Wand 26 der Nut 20 angepreßt ist und daher ein Übertreten von Arbeitsgas aus dem Zwischenraum 21 in den triebwerkseitigen Arbeitsraum 10 wirksam verhindert ist.component in the direction of the engine, so that it with its engine-side surface 2 5 again on the wall 26 of the Groove 20 is pressed and therefore a passage of working gas from the space 21 into the engine-side working space 10 is effectively prevented.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß der untere Dichtungskolbenring 8 neben seiner eigentlichen Funktion, nämlich der Dichtungsfunktion, auch eine Steuerfunktion erfüllt, da er bei vorgegebener Lage und Länge der Überströmkanäle 29 exakt Beginn, Dauer und Ende eines Druckausgleiches zwischen Arbeitsraum 9 und Arbeitsraum 10 eines Zylinders steuert. Da die erfindungsgemäße Einrichtung zur Miuteldruckvergleichmäßigung bei allen Zylindern des Stirlingmotors angewandt ist, ergibt sich zwangsläufig eine Vergleichmäßigung der Druckverläufe aller an den Ober- und Unterseiten der Kolben wirksamen Arbeitszyklen. Dies hat wiederum zur Folge, daß an allen Lagern des Stirlingmotors die gleichen günstigen Lagerbedingungen auftreten, was sich vorteilhaft auf eine gleichmäßige Lastverteilung und einen günstigen Drehmomentenverlauf auswirkt. Darüber hinaus ist bei einem Stirlingmotor mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Mitteldruckvergleichmäßigung aufgrund der hieraus resultierenden vergleichmäßigten Zyklusmitteldrücke eine gleichmäßig wirkende Leistungsregelung und ein hoher effektiver Wirkungsgrad realisiert, da eine gleichmäßige Verteilung der zugeführten Brennstoffmengenströme auf die einzelnen Brenner und damit eine gleichmäßige Wärmeverteilung auf die mit gleichen Anteilen von der Gesamtarbeitsgasfüllung gefüllten Arbeitsräume möglich ist.From the above it can be seen that the lower sealing piston ring 8 in addition to its actual function, namely the sealing function, also fulfills a control function, since with a given position and length of the overflow ducts 29 it exactly begins, duration and end of a pressure equalization controls between working space 9 and working space 10 of a cylinder. Since the device according to the invention to equalize the pressure in all cylinders of the Stirling engine is applied, there is inevitably an equalization of the pressure curves of all of the Upper and lower sides of the pistons effective duty cycles. This in turn has the consequence that on all bearings of the Stirling engine the same favorable storage conditions occur, which is beneficial to an even load distribution and a favorable torque curve. In addition, with a Stirling engine the device according to the invention for medium pressure equalization due to the resulting equalized mean cycle pressures, an evenly acting one Power control and a high effective degree of efficiency realized, as an even distribution of the supplied Fuel mass flows to the individual burners and thus an even distribution of heat to the working spaces filled with equal proportions of the total working gas filling is possible.

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Claims (6)

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft
Stadtbachstraße 1, 8900 AugsburgMaschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft
Stadtbachstrasse 1, 8900 Augsburg PB 3019/1431 18.10.79PB 3019/1431 10/18/79 Doppeltwirkender mehrzylindriger StirlingmotorDouble-acting multi-cylinder Stirling engine Patentansprüche:Patent claims: Doppeltwirkender mehrzylindriger Stirlingmotor, beiDouble-acting multi-cylinder Stirling engine, at dem in jedem Zylinder in dessen Zylinderbohrung ein
an eine Kurbelwelle angeschlossener Kolben angeordnet ist, der einen Arbeitsgas höherer Temperatur beinhaltenden, brennerseitig angeordneten Arbeitsraum von einem Arbeitsgas niedriger Temperatur beinhaltenden, triebwerkseitig angeordneten Arbeitsraum durch zwei an ihm angeordnete, axial beabstandete Dichtungskolbenringe trennt, welche Dichtungskolbenringe einen Zwischenraum begrenzend und an der Zylinderwand anliegend mit axialem Spiel in Nuten des Kolbens sitzen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Vergleichmäßigung der in den Arbeitsräumen (9, 10) zu beiden Seiten des Kolbens im Zylinder herrschenden Mitteldrücke mit folgenden Teilmerkmalen:that in each cylinder in its cylinder bore
A piston connected to a crankshaft is arranged, which separates a working space containing working gas at a higher temperature, arranged on the burner side, from a working space containing working gas at a lower temperature, arranged on the engine side by two axially spaced sealing piston rings arranged on it, which sealing piston rings delimit a gap and are adjacent to the cylinder wall axial play sit in grooves of the piston, characterized by a device for equalizing the mean pressures prevailing in the working spaces (9, 10) on both sides of the piston in the cylinder with the following partial features: a) Wenigstens einem in der an die Zylinderbohrung (2) angrenzenden Zylinderwand (31) in Höhe der theo-a) At least one in the cylinder wall (31) adjoining the cylinder bore (2) at the level of the theoretical 130018/0370130018/0370 PB 3019/1431 2 PB 3019/1431 2 retischen Druckgleichheit zwischen brennerseitigem Arbeitsraum (9) und triebwerkseitigem Arbeitsraum (10) angeordneten Überströmkanal (29),Retic pressure equality between the burner-side working area (9) and the engine-side working area (10) arranged overflow channel (29), b) einem mit Durchlaßnuten (22) zusammenarbeitenden, Arbeitsgas vornehmlich vom brennerseitigen Arbeitsraum (9) nur in Richtung Zwischenraum (21) durchlassenden, als Rückschlagventil ausgebildeten oberen Dichtungskolbenring (7), undb) a working gas that cooperates with passage grooves (22), primarily from the working space on the burner side (9) only in the direction of the space (21) permeable, designed as a non-return valve Sealing piston ring (7), and c) einem die Überströmkanäle (29) zeitweise freilegenden, Beginn, Dauer und Ende eines Druckausgleiches steuernden, beidseitig sperrend ausgebildeten unteren Dichtungskolbenring (8).c) a beginning, duration and end of a pressure equalization which temporarily exposes the overflow channels (29) controlling lower sealing piston ring (8), which is designed to lock on both sides. 2. Stirlingmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (29) durch in der Zylinderwand (31) jedes Zylinders (1) eingeformte Längsnuten2. Stirling engine according to claim 1, characterized in that the overflow channels (29) through in the cylinder wall (31) each cylinder (1) molded longitudinal grooves (30) gebildet sind.(30) are formed. 3. Stirlingmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Überströmkanäle (29) kleiner als der maximale Abstand zwischen der brennerseitigen Fläche (23) des oberen Dichtungskolbenringes (7) und der triebwerkseitigen Fläche (25) des unteren Dichtungskolbenringes (8) ist. 3. Stirling engine according to claim 2, characterized in that the length of the overflow channels (29) is less than the maximum distance between the burner-side surface (23) of the upper sealing piston ring (7) and the engine-side surface (25) of the lower sealing piston ring (8). 4. Stirlingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Überströmkanäle (29) nur um ein gewisses Maß größer als die Breite des unteren Dichtungskolbenringes (8) ist und dieses Maß dem aus etwa 10° Kurbelwellendrehwinkel resultierenden Kolbenweg entspricht.4. Stirling engine according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the transfer channels (29) is only a certain amount larger than the width of the lower sealing piston ring (8) and this dimension corresponds to the piston travel resulting from approximately 10 ° of the crankshaft rotation angle. 130018/0370130018/0370 -3· 29Λ2316-3 29Λ2316 PB 3019/1431 - -3 PB 3019/1431 - -3 5. Stirlingmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßnuten (22), mit denen der obere Dichtungskolbenring (7) zur Bildung eines Rückschlagventiles zusammenwirkt, sternförmig und radial gerichtet an der dem Zwischenraum (21) zugewandten Seite des oberen Dichtungskclbenringes (7) angeordnet sind.5. Stirling engine according to claim 1, characterized in that the passage grooves (22) with which the upper sealing piston ring (7) cooperates to form a check valve, star-shaped and directed radially are arranged on the side of the upper sealing pin ring (7) facing the intermediate space (21). 6. Stirlingmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßnuten, mit denen der obere Dichtungskolbenring (7) zur Bildung eines Rückschlagventiles zusammenwirkt, sternförmig und radial gerichtet am dem Zwischenraum (21) zugewandten Boden der den oberen Dichtungskoibenring (7) aufnehmenden Nut (19) im Kolben (5) eingeformt sind.6. Stirling engine according to claim 1, characterized in that the passage grooves with which the upper sealing piston ring (7) to form a check valve cooperates, star-shaped and radially directed at the intermediate space (21) facing the bottom of the upper Sealing piston ring (7) receiving groove (19) in the piston (5) are molded. 130018/0370130018/0370