DE10103857A1

DE10103857A1 - Continuous combustion engine for aircraft, has compressor and working part provided by cogwheel pair in form of Eaton pump

Info

Publication number: DE10103857A1
Application number: DE2001103857
Authority: DE
Inventors: Susanne Menck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-08-14

Abstract

The continuous combustion engine has a compressor (10), a combustion chamber and a working part (14). The compressor and the working part provided by a cogwheel pair in the form of an Eaton pump, having an outer cogwheel (16) and an inner cogwheel (18) which differ in the number of cog teeth by 1 and which are positioned eccentric to one another by at least half the height of the cog teeth. This is so that the cog teeth are in engagement over one third segment, in partial engagement over a second third segment and out of engagement over the remaining third segment.

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor mit kontinuierlicher Verbrennung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a motor with a continuous Combustion according to the preamble of the main claim.

Motoren mit kontinuierlicher Verbrennung werden bei spielsweise zum Antrieb von Flugzeugen benutzt. Bekannt ist hierbei der Turboprop-Motor. Weiter sind zum Antrieb von Landfahrzeugen bisher lediglich Verbrennungsmotoren mit Kolben oder Kreiskolben bekannt, bei denen die Ver brennung intermittierend erfolgt.Continuous combustion engines are used used for example to propel aircraft. Known is the turboprop engine. Next are to the drive of land vehicles so far only internal combustion engines known with pistons or rotary pistons, in which the Ver Burning occurs intermittently.

Im Stand der Technik ist das Verhältnis von Brennraum volumen zu Brennraumoberfläche insbesondere bei den Moto ren mit intermittierender Verbrennung zeitweilig extrem ungünstig, was große Energieabstrahlung bewirkt, die als Verlust in die Energiebilanz eingeht. Weiter ist eine schwierige Gemischaufbereitung hierdurch bedingt, wodurch sich eine unvollständige Verbrennung ergibt, die wiederum einen nachgeschalteten Katalysator oder Ruß-Filter not wendig macht.In the prior art, the ratio of the combustion chamber volume to combustion chamber surface, especially for the Moto with intermittent combustion sometimes extremely unfavorable, which causes large energy radiation, which as Loss enters the energy balance. Next is one difficult mixture preparation caused by this, whereby there is an incomplete combustion, which in turn a downstream catalyst or soot filter not makes maneuverable.

Jeder Motor ist auf einen für ihn geeigneten Brennstoff festgelegt und ohne unvertretbar hohen Aufwand lassen sich nur wenige unterschiedliche Brennstoffe für einen Motortyp anwenden.Every engine is on a fuel suitable for it fixed and leave without unreasonable effort only a few different fuels for one Apply motor type.

Die unstetige Verbrennung ergibt dabei teilweise ungün stige Verbrennungsbedingungen, die zudem durch die Art der verwendeten Dicht- und Schmierstoffe im Abgasverhal ten ungünstige Auswirkungen, insbesondere im Teillast bereich und der Warmlaufphase ergeben. In den beiden letzten Bereichen ist es nicht möglich, den Motor ohne Ausstoß von Stickoxyden zu betreiben.The inconsistent combustion sometimes results in a bad result constant combustion conditions, which are also determined by Art of the sealants and lubricants used in the exhaust gas behavior unfavorable effects, especially under partial load area and the warm-up phase. In both past areas it is not possible to run the engine without To emit nitrogen oxides.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine kontinuierliche Verbrennung bei einem Motor mit annähernd konstanten Brennraumbedingungen zu schaffen, sowie eine adäquate Anpassung zwischen der Brennraumoberfläche und dem Brennraumvolumen zu schaffen, wobei gleichzeitig eine möglichst einfache Anpassung an verschiedene Brennstoffe ermöglicht wird. Schließlich soll auf mineralische oder organische Schmierstoffe verzichtet werden, da diese die Schadstoffe im Abgas, insbesondere in der Warmlauf phase, im wesentlichen ausmachen.The invention has therefore set itself the task continuous combustion in an engine with approximately to create constant combustion chamber conditions, as well as a adequate adaptation between the combustion chamber surface and to create the combustion chamber volume, at the same time a easy adaptation to different fuels is made possible. After all, it is said to be mineral or organic lubricants are dispensed with, as these are the Pollutants in the exhaust gas, especially in warm-up phase, essentially make up.

Erfindungsgemäß wird dies durch einen Motor mit konti nuierlicher Verbrennung nach dem Hauptanspruch gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.According to the invention, this is done by a motor with conti Nuclear combustion solved according to the main claim. The subclaims give advantageous embodiments the invention again.

Insbesondere ist vorteilhaft, daß eine Trennung zwischen dem Arbeitsteil und dem Verdichter und der Brennkammer des Motors vorgenommen wurde. Dabei wird der Verdichter und das Arbeitsteil durch ein nach Art einer Eaton-Pumpe ausgebildetes Zahnradpaar mit einem ersten außenverzahn ten Zahnrad und einem zweiten, innen verzahnten Zahnrad, deren Zahnzahl sich um eins unterscheidet und die wenig stens um die halbe Höhe einer Zahnflanke exentrisch zueinander angeordnet sind, so daß deren Zähne in einem ersten Kreissegment ineinander greifen, in einem zweiten Kreissegment teilweise ineinander eingreifen und in einem dritten Zahnsegment nicht ineinander eingreifen, gebil det.It is particularly advantageous that a separation between the working part and the compressor and the combustion chamber of the engine. The compressor and the working part by an Eaton type pump trained gear pair with a first external tooth th gear and a second, internally toothed gear, whose number of teeth differs by one and the little eccentrically at least half the height of a tooth flank are arranged to each other so that their teeth in one interlock first segment of circle, in a second Circle segment partially interlock and in one do not engage third tooth segment, born det.

Dabei sind Einlaß und Auslaß der neben dem Zahnrad an geordneten Brennkammer im Bereich des ersten Kreissegmen tes angeordnet, während die Ansaugöffnung des Verdichters im Bereich des zweiten Kreissegmentes angeordnet ist und die Austrittsöffnung im Bereich des dritten Kreissegmen tes angeordnet ist.The inlet and outlet are next to the gear ordered combustion chamber in the area of the first circular segment tes arranged while the intake port of the compressor is arranged in the region of the second circle segment and the outlet opening in the area of the third segment of the circle tes is arranged.

In Gegenuhrzeiger-Drehrichtung des Zahnradpaares beginnt ein Arbeitszyklus mit der Verdichtung der Frischgase vom zweiten Kreissegment zum ersten Kreissegment, von dem aus die Frischgase in die seitlichen Brennräume gelangen und in Kontakt mit dem entsprechend der geforderten Leistung eingebrachten Brennstoff kommen. Nach selbständiger Entzündung tritt das Arbeitsgas kurz dahinter - immer noch im ersten Kreissegment - zwischen das sich öffnende Zahn rad und leistet hier bis zum dritten Kreissegment Arbeit.The gear pair starts in the counterclockwise direction a work cycle with the compression of the fresh gases from second circle segment to the first circle segment from which the fresh gases get into the side combustion chambers and in contact with the according to the required performance brought fuel come. After self-inflammation the working gas occurs just behind it - still in the first segment of the circle - between the opening tooth rad and does work up to the third circle segment.

Um eine vollständige, sowie schadstoffarme Verbrennung zu gewährleisten, wird als Schmier- und Dichtstoff insbeson dere auf den Seiten der Zahnräder kein Öl, sondern Wasser vorgesehen. Etwaiges in den Brennraum austretendes Wasser wird aufgrund der katalytischen Wirkung von hochgespann tem Wasserdampf die Verbrennung lediglich positiv beein flussen.To complete and low-pollution combustion guarantee, in particular as a lubricant and sealant on the sides of the gears, not oil, but water intended. Any water escaping into the combustion chamber due to the catalytic effect of high tension water vapor only has a positive effect on the combustion influence.

Zur Anpassung an unterschiedliche Brennstoffe sowie zu einer Teillastanpassung sind die Brennkammern in der Ebe ne der Zahnräder verdrehbar und weiter kann durch eine zusätzliche Wasserzuführung die in die Brennkammer ein gebrachte Menge von Wasser variiert werden. Dies stellt gleichzeitig die Selbstentzündungsbedingungen bei unter kritischer Auslegung der Verdichtung (d. h. Verdichtungs verhältnis unterhalb der Selbstentzündung) sicher. So kann eine Kraftstoffzuführung auch durch Niederdruck im Einlaßbereich des Verdichters erfolgen. Durch die konti nuierliche Verbrennung bleibt nach einmaligem Überschrei ten der Selbstentzündungsbedingungen durch die genannten Maßnahmen an der Brennkammer die Verbrennung auch nach Beenden der Wasserzuführung und Rücknahme derselben bestehen.To adapt to different fuels as well The combustion chambers in the level are a partial load adjustment ne of the gears can be rotated and further by a additional water supply into the combustion chamber brought amount of water can be varied. This poses at the same time the self-ignition conditions at under critical interpretation of compression (i.e. compression ratio below self-ignition) safely. So can a fuel supply by low pressure in the Inlet area of the compressor. Through the conti Nuclear combustion remains after a single overrun ten of the self-ignition conditions by the named Measures on the combustion chamber also after combustion Stop the water supply and take it back consist.

Weiter ist im dritten Kreissegment ein Siliziumdioxyd- Filter oder ggf. auch eine andere Siliziumdioxyd- Nachfilterung vorgesehen, die eine Verbrennung auch der Silane gestattet. In the third circle segment there is also a silicon dioxide Filter or possibly another silicon dioxide Post-filtering provided that the combustion also Silanes allowed.

Als Material der Zahnräder und des Gehäuses wird Alumini um vorgeschlagen, das in Verbindung mit Wasser als Schmier- und Dichtstoff Vorteile aufweist.The material of the gears and the housing is aluminum to proposed that in connection with water as Lubricant and sealant has advantages.

Falls der Frischwasserbedarf zu minimieren ist, so kann dies durch eine Verlängerung der Arbeitsphase, das heißt dem Weg vom ersten Kreissegment zum dritten Kreissegment, sowie eine Abgaskühlung bis auf ca. 70°C mit Wasserrück führung geschehen.If the fresh water requirement is to be minimized, then this by extending the work phase, that is the path from the first segment to the third segment, as well as exhaust gas cooling down to approx. 70 ° C with water return leadership happen.

In der Anlaßphase wird Druckluft und in den Verbrennungs raum Druckwasser eingeführt, um einen frühzeitigen Zünd zeitpunkt zu erlangen. Die Brennzone wird dabei im Brenn raum sich im gegenüber dem normalen Brennort bei ca. einem Drittel der Brennraumlänge nach vorne verschieben.In the starting phase, compressed air is used and in the combustion space pressurized water introduced to ensure an early ignition time to get. The firing zone will be in the firing compared to the normal burning location at approx. Move forward a third of the combustion chamber length.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung. Dabei zeigt:Further advantages and features of the invention result from the following description of a preferred embodiment Example using the attached drawing. there shows:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das als Eaton- Pumpe ausgebildete Zahnradpaar, Fig. 1 is a plan view of the pump designed as Eaton gear pair,

Fig. 2 eine schematische Darstellung auf das Zahnradpaar nebst Gehäuse in der Ebene des Zahnradpaares mit den bei den daneben angeordneten Brenn kammern, Fig. 2 is a schematic representation of the gear pair together with the housing in the plane of the gear pair in the chambers with the juxtaposed fuel,

Fig. 3 eine Detaildarstellung der Brenn kammer wiederum in Draufsicht auf die Ebene der Zahnräder mit schema tisch dargestellten Druckwasser- und Brennstoffzuleitungen sowie einer zu einem Druckspeicher führenden Druck aufbauleitung, die ggf. als Brems kraft auch in umgekehrter Richtung dem Motor wieder zugeführt werden kann, und Fig. 3 is a detailed view of the combustion chamber again construction line in plan view on the plane of the gears with schematically illustrated pressurized water and fuel supply lines, and a line leading to an accumulator pressure, if necessary, as a braking force in the reverse direction of the motor can be re-supplied, and

Fig. 4 eine alternative Darstellung der Fig. 2 mit einem Vorverdichter. Fig. 4 shows an alternative representation of Fig. 2 with a pre-compressor.

In der Fig. 1 ist der nach Art einer Eaton-Pumpe ausge bildete Verdichter und Arbeitsteil 10, 14 in der Ebene der Zahnräder dargestellt. Die beiden, um eine halbe Zahnhöhe versetzten Mittelpunkte 20 sind jeweils durch ein Kreuz dargestellt.In Fig. 1 the out in the manner of an Eaton pump formed compressor and working part 10 , 14 is shown in the plane of the gears. The two center points 20 , offset by half a tooth height, are each represented by a cross.

Weiter ist gut zu erkennen, wie am Außenzahnrad ein Zahn mehr als am Innenzahnrad vorhanden ist, so daß im oberen Bereich der Zeichnung zwei Zähne genau gegeneinander stoßen, während im unteren Bereich sie ineinander ein greifen, wobei sich die Zahnräder um eine Zahnhöhe näher kommen.It is also easy to see how a tooth is on the external gear more than is present on the internal gear, so that in the upper Area of the drawing two teeth exactly against each other bump into each other while at the bottom grab, with the gears one tooth height closer come.

Drei durch Kreise bzw. Ovale hervorgehobene Bereiche sind nun von besonderer Bedeutung. Während in dem unteren Bereich "A" ein Bereich der Zahnräder gezeigt wird, der den Verbrennungsräumen 12 benachbart ist, ist in dem Bereich "B" ein Bereich dargestellt, in dem Luftzufuhr in den Verdichter erfolgt.Three areas highlighted by circles or ovals are now of particular importance. While in the lower area "A" an area of the gearwheels is shown which is adjacent to the combustion chambers 12 , in the area "B" an area is shown in which air is supplied to the compressor.

In der Fig. 2 ist dieser Bereich in einer Schnittdarstel lung mit Bezugszeichen 24 bezeichnet. In dem Bereich "C" werden die Abgase durch eine dort vorhandene Querströmung ausgeführt. Dieser Bereich ist in Fig. 2 mit Bezugs zeichen 26 bezeichnet. In Fig. 2, this area is designated in a sectional view with reference numeral 24 . In area "C", the exhaust gases are carried out by a cross flow present there. This area is designated in Fig. 2 with reference sign 26 .

In der Fig. 2 sind die Zähne 28 des inneren Zahnrades im linken Teil der Darstellung benachbart den Zähnen 30 des äußeren Zahnrades anschaulich gemacht, während im rechten Bereich vom Außenzahnrad 18 kein Zahn zu erkennen ist.In FIG. 2, the teeth 28 of the inner gearwheel in the left part of the illustration adjacent to the teeth 30 of the outer gearwheel are made clear, while in the right area no tooth can be seen from the outer gearwheel 18 .

Das Gehäuse ist in der Fig. 2 mit Bezugszeichen 32 bezeichnet. Weiter sind benachbart den Zahnrädern 16, 18 im Bereich "A" zwei runde verdrehbar in der Ebene der Zahnräder angeordnete Gehäuseteile für die Brennkammern 12 angedeutet, die bei Verdrehung den in der Fig. 3 ober halb der Verzahnung liegenden Brennraum gegenüber der Verzahnung in der Ebene der Zahnräder verschwenken las sen, um so bei Verschwenkung einen kürzeren effektiven Brennraum zu realisieren. Dies ist für den Teillast bereich bei einigen Brennstoffen notwendig.The housing is designated by reference numeral 32 in FIG. 2. Furthermore, adjacent to the gears 16 , 18 in the area "A" are indicated two round rotatable housing parts for the combustion chambers 12 arranged in the plane of the gears, which, when rotated, the combustion chamber lying above the toothing in FIG. 3 with respect to the toothing in the plane allow the gears to pivot so that a shorter effective combustion chamber can be achieved when pivoting. This is necessary for the partial load range with some fuels.

Ein solches Gehäuseteil ist in der Fig. 3 in Draufsicht dargestellt. Hier sind auch zusätzliche Brennstoffzufuhr leitungen 22, Druckwasserzufuhrleitungen 36 und Luftdruck abführende oder zuführende Leitungen 38 verdeutlicht.Such a housing part is shown in plan view in FIG. 3. Additional fuel supply lines 22 , pressurized water supply lines 36 and lines 38 that discharge or supply air pressure are also illustrated here.

Zum Starten des Motors wird Druckluft im Bereich "A" ein gebracht (durch Leitung 38) und Brennstoff durch die Brennstoffzufuhr 22 zugeführt, bis die Selbstzündung ein setzt. Zusätzlich kann ein elektrischer Anlasser (vorzugsweise ein integrierter Dynastart-Anlasser) Ver wendung finden. Druckwasser durch die Druckwasserzufuhr 36 kann die im Bereich 40 schematisch dargestellte Brenn zone näher an die Brennstoffzufuhr heranführen. Weiter wird Druckwasser zur Schmierung der Zahnräder im Gehäuse verwandt, so daß auf jegliches Öl oder dergl. verzichtet werden kann. Das Druckwasser kann ohne Bedenken in den Brennraum gelangen und wird dort nur als Katalysator wasserdampf wirken. To start the engine, compressed air is brought into area "A" (through line 38 ) and fuel is supplied through the fuel supply 22 until the auto-ignition starts. In addition, an electric starter (preferably an integrated Dynastart starter) can be used. Pressurized water through the pressurized water supply 36 can bring the combustion zone shown schematically in the area 40 closer to the fuel supply. Furthermore, pressurized water is used to lubricate the gears in the housing, so that any oil or the like can be dispensed with. The pressurized water can safely enter the combustion chamber and will only act as a water vapor catalyst.

Nach Verlassen des Brennraumes 12 werden die Gase in einem in der Fig. 1 dem Bereich "A" rechts benachbarten Bereich eine Druckbeaufschlagung bewirken, die die exen trisch gelagerten Zahnräder antreiben. Dabei kann auf eine tatsächliche Lagerung im Punkt 20 verzichtet werden, da das innere Zahnrad durch eine Welle 42 (siehe Fig. 2) im Gehäuse gelagert ist und das äußere Zahnrad im ver bleibenden Freiraum fixiert wird.After leaving the combustion chamber 12 , the gases in an area adjacent to the area "A" in FIG. 1 on the right will cause pressurization which drive the gear wheels mounted exen trically. An actual storage in point 20 can be omitted, since the inner gear is supported by a shaft 42 (see FIG. 2) in the housing and the outer gear is fixed in the remaining free space.

In der Fig. 4 wird eine Alternative der Fig. 2 gezeigt, in der die Luftzufuhr für die sichere Ausbildung einer Querströmung durch einen Vorverdichter 44, der rundum die Achse des Innenzahnrades angeordnet ist, unterstützt wird. Die in der Fig. 1 durch den ovalen Bereich "B" an gedeutete Luftzuführung wird nunmehr also von der Unter seite des Gehäuses aus dem Vorverdichter 44 heraus erfol gen. In der Fig. 4 ist das Gehäuse des Vorverdichters 44 nicht mitskizziert.An alternative of FIG. 2 is shown in FIG. 4, in which the air supply for the safe formation of a cross flow is supported by a pre-compressor 44 , which is arranged around the axis of the internal gear. The air supply indicated in FIG. 1 by the oval region "B" is now from the underside of the housing out of the pre-compressor 44. In FIG. 4, the housing of the pre-compressor 44 is not shown.

Claims

1. Engine with continuous combustion, with a compressor ( 10 ), a combustion chamber ( 12 ) and a working part ( 14 ), characterized in that
the compressor ( 10 ) and the working part ( 14 ) by a gear pair designed in the manner of an Eaton pump with a first, externally toothed gear ( 16 ) and a second, internally toothed gear ( 18 ), the number of teeth of which differs by one and which are arranged eccentrically to one another by at least half the height of a tooth flank, so that their teeth engage in one another in a first circular segment, partially engage in one another in a second circular segment and do not engage in one another in a third circular segment,
the inlet and the outlet of the combustion chamber ( 12 ) are arranged in the region of the first circular segment,
the suction opening ( 24 ) of the compressor ( 10 ) is arranged in the region of the second circle segment, and
the outlet opening ( 26 ) of the working part ( 12 ) is arranged in the region of the third circle segment.

2. Engine according to claim 1, characterized in that the combustion chamber ( 12 ) is arranged next to directly next to the toothing.

3. Motor according to claim 1, characterized in that a combustion chamber ( 12 ) is arranged on both sides next to the teeth.

4. Engine according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber ( 12 ) is provided with a separate fuel supply ( 22 ).

5. Motor according to one of the preceding claims, characterized in that a low-pressure fuel supply is provided in the region of the intake opening ( 24 ).