DE19841026A1 - Device for influencing a process flow for media or substances - Google Patents

Device for influencing a process flow for media or substances

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DE19841026A1
DE19841026A1 DE1998141026 DE19841026A DE19841026A1 DE 19841026 A1 DE19841026 A1 DE 19841026A1 DE 1998141026 DE1998141026 DE 1998141026 DE 19841026 A DE19841026 A DE 19841026A DE 19841026 A1 DE19841026 A1 DE 19841026A1
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Helmut Obieglo
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    • F02B55/00Internal-combustion aspects of rotary pistons; Outer members for co-operation with rotary pistons
    • F02B55/14Shapes or constructions of combustion chambers

Abstract

The invention relates to a device for controlling or influencing a process involving media or substances, especially with respect to the combustion thereof or the suppression of isochore combustion. In order to improve the preconditions for ignition and combustion in said process of suppression and to ensure economically viable and effective combustion and introduction of media or materials during cyclic processes, the invention seeks to create specific process areas in order to provide the right time conditions and physical conditions with respect to given parameters, whereby the retention of said media or substances results in the ignition or combustion of difficultly inflammable media or substances or the like with relatively long reaction/ignition or combustion times, in addition to the suppression of isochore combustion further to said retention. Active surfaces are therefore arranged at various points in time and space. In order to transmit control movements, it is possible to provide machines that are connected to the inventive device with predefined working areas, especially chambers with a variable volume, for the discharge and supply of said media or substances and to provide an advantageous yield.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Leiten bzw. zur Beeinflussung eines Prozeßverlaufes von Medien bzw. Stoffen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a device for guiding or influencing a Process course of media or substances according to the preamble of the claim.
Stand der TechnikState of the art
Bekannt sind in diesem Zusammenhang beispielsweise Hub- und Rotations­ kolbenmaschinen, deren Charakteristik abgeschlossene (Arbeits-)Räume mit Wänden sind, von denen mindestens eine so bewegt wird, daß sich ein veränderliches Volumen des (Arbeits-)Raumes ergibt. Dabei werden in diesem Raum Zyklen durchlaufen wie Ansaugen, Komprimieren, Zünden, Expandieren, Ausstoßen von Medien bzw. Stoffen. Es gibt darunter Maschinen, die außer einem sogenannten Hauptbrennraum auch noch über einen Nebenbrennraum verfügen (z. B. Vorkammer, Wirbelkammer), in dem die Zündung eines Kraftstoff/Luft-Gemisches stattfindet, und der dabei entstehende Heißgasstrahl über einen Schußkanal in den Hauptbrennraum gelangt. Der Nebenbrennraum ist dabei ortsfest und unbeweglich bezüglich eines sich bewegenden und Arbeit verrichtenden Kolbens.In this context, for example, lifting and rotating are known piston machines, the characteristics of which are closed (work) rooms with walls, at least one of which is moved so that a variable volume of the Results in (work) space. Cycles are run through in this room like suction, Compress, ignite, expand, eject media or substances. There are below Machines that, in addition to a so-called main combustion chamber, also have one Have auxiliary combustion chamber (e.g. prechamber, swirl chamber), in which the ignition of a Fuel / air mixture takes place, and the resulting hot gas jet over a Firing channel reaches the main combustion chamber. The secondary combustion chamber is stationary and immobile with respect to a moving and working piston.
Beim Stand der Technik steht nun für die (mögliche Zuführung, vor allem Einspritzung,) Zündung und nachfolgende Verbrennung der Medien bzw. Stoffe nur wenig Zeit zur Verfügung. Hierunter leidet die Qualität der Verbrennung. Je nach verwendeten Maschinentypen und Art der Medien bzw. Stoffe wird hierdurch auch die Anzahl der möglichen Arbeitszyklen je Zeiteinheit, speziell eine Drehzahlgrenze einer Abtriebswelle des Aggregates vorgegeben. The state of the art now stands for (possible supply, especially injection) Ignition and subsequent combustion of the media or substances only takes a little time Available. The quality of the combustion suffers from this. Depending on the used Machine types and type of media or substances are also the number of possible work cycles per unit of time, especially a speed limit of an output shaft of the Given aggregates.  
Aufgabenstellung der ErfindungTask of the invention
Demgemäß wird die Erfindung in der Lösung der Aufgabe gesehen, den Prozeßablauf örtlich und zeitlich derart zu optimieren, daß bei gegebener und insbesondere hoher Anzahl der Arbeitszyklen je Zeiteinheit, besonders für den Zünd- bzw. Entflammungsvorgang sowie nachfolgender Verbrennung von Medien bzw. Stoffen vergleichsweise mehr Zeit zur Verfügung gestellt wird. Hierdurch wird bei sicherer, zügiger und großvolumiger Entflammung der eingesetzten Medien bzw. Stoffe gleichzeitig eine verbesserte Verbrennungscharakteristik erzielt. Außerdem reduziert sich der bezogene Betriebsmittelverbrauch und die Abgasmenge. Ein einwandfreier und dabei weicherer Betrieb wird bei erzielter Verbesserung gewährleistet. Die Anwendbarkeit soll dadurch gesteigert werden, daß die Erfindung demgemäß konstruierbar und auch praktisch herzustellen ist.Accordingly, the invention is seen in the solution of the task, the process flow locally and to optimize in time in such a way that, given a given and in particular high number of Working cycles per unit of time, especially for the ignition or ignition process as well subsequent combustion of media or substances comparatively more time Is made available. This ensures a safe, rapid and large-volume ignition of the media or substances used at the same time an improved combustion characteristic achieved. In addition, the consumed consumables and the amount of exhaust gas are reduced. A flawless and at the same time softer operation is guaranteed when improvement is achieved. The applicability is to be increased in that the invention accordingly can be constructed and is also practical to manufacture.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. der weiteren Merkmale der Unteransprüche gelöst.The object is achieved by the characterizing part of the claim 1 and the other features of the subclaims.
Wesentliche Merkmale und weitere Vorteile gehen aus der Beschreibung hervor.Significant features and further advantages emerge from the description.
Die ErfindungThe invention
Im Vergleich zu dem zuvor erwähnten Stand der Technik werden wichtige Einflußgrößen dadurch verbessert, daß erfindungsgemäße Einrichtung speziell eine äquivalente Verweilzeit eines Kolbens im Bereich des oberen Totpunktes (OT) einer Expansionsmaschine simuliert. Diese gewissermaßen verlängerte Verweilzeit läßt sich so einstellen, daß günstige Kolbenaufdruckkräfte dann wirken, wenn, geometrisch betrachtet, ein günstiges Drehmoment an einer Abtriebswelle einer Expansionsmaschine erzielt werden kann. Zusätzlich wird der Verbrennungsablauf leichter abgefangen, was sich vor allem für ein verbessertes Abgasverhalten auswirkt.In comparison to the aforementioned prior art, important influencing factors thereby improved that device according to the invention specifically an equivalent residence time a piston in the area of the top dead center (TDC) of an expansion machine. This somewhat extended dwell time can be set so that favorable Piston pressure forces act when, viewed geometrically, a favorable one Torque can be achieved on an output shaft of an expansion machine. In addition, the combustion process is intercepted more easily, which is particularly useful improved exhaust behavior.
Die Neuerung erreicht dies insbesondere durch eine passende Art der Steuerung des Prozeßablaufes. Dieser Bedingung wird die Ausbildung von speziellen Wirkflächen der erfindungsgemäßen Einrichtung gerecht, welche zusammen mit Koppelelementen den Prozeß räumlich und zeitlich erstrangig vorgeben, wobei über die Formgebung und räumliche Plazierung hinausgehend auch das Ausmaß einer Bewegungsbahn berücksichtigt werden kann. Die gemeinsame Einstellung für die hier entscheidenden Gestaltungen führen zu dem gewünschten Fortschrift und bilden die Grundlage für das Leistungsbild der Erfindung, nach welcher nicht nur eine einzelne Verbesserung erzielt wird, sondern auch und insbesondere in Verbindung mit konventionellen und ausgewählten Maschinentypen ein breiteres Spektrum des erfindungsgemäßen Ergebnisses beansprucht werden kann.The innovation achieves this in particular through a suitable type of control of the Process flow. This condition is the formation of special active areas of the device according to the invention, which together with coupling elements Specify the process first and foremost in terms of space and time, with regard to the shape and spatial Placement also take into account the extent of a movement path can. The common attitude for the decisive designs leads to this desired progress and form the basis for the performance of the invention, after which is achieved not only a single improvement, but also and especially in  Connection with conventional and selected machine types a wider range of the result according to the invention can be claimed.
Die funktionelle Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung wird nachfolgend zunächst allgemein und später in Verbindung mit einem besonderen Hubgetriebe beschrieben, ohne zu weit auf konstruktive Details einzugehen.The functional mode of operation of the device according to the invention is first described below described generally and later in connection with a special lifting gear without to go too far into constructive details.
Im Gegensatz zur speziellen Ausgestaltung erfindungsgemäßer Einrichtung gilt im allgemeinen:
Bei üblicher Betrachtungsweise des Geschehens bestimmt bei Verbrennungsvorgängen eine bestimmte Reaktionszeit bzw. -trägheit die sogenannte Wärmeexplosion von Medien bzw. Stoffen und damit deren zeitliche und auch räumliche Ausdehnung. Es gibt Lösungsansätze, die diesen zeitlichen Faktor insofern berücksichtigen, daß dem Kolben einer Expansionsmaschine im Bereich seiner oberen Totpunktstellung mehr Zeit für die Umkehrung seiner Bahnbewegung gegeben wird, der Kolben "verweilt" im oberen Totpunkt, wobei die Verbrennung im oberen Totpunkt (OT) beginnen kann. Diesen Vorgang kann man dann als "statisch" bezeichnen, wenn ein wirklicher Stillstand des Kolbens im OT über einen längeren Zeitraum erreicht werden kann. Dabei muß der Kolben in seinem weiteren Bahnverlauf die "verlorene" Zeit wieder "einholen", so daß erhöhte Beschleunigungs- und somit Massenkräfte auftreten, was zu einer Reduzierung des Drehzahlniveaus führen muß. Die erforderliche Kinematik ist für den Stand der Technik nur mit speziellen Getriebekonstellationen zu erreichen, die jedoch Nachteile aufweisen, so daß diese z.Z. praktisch nicht realisiert werden.
In contrast to the special design of the device according to the invention, the following generally applies:
In the usual way of looking at what is happening in combustion processes, a certain reaction time or inertia determines the so-called heat explosion of media or substances and thus their temporal and spatial expansion. There are approaches that take this time factor into account in that the piston of an expansion machine is given more time in the region of its top dead center position to reverse its orbital movement, the piston "stays" in top dead center, the combustion beginning at top dead center (TDC) can. This process can be described as "static" if the piston can actually be stopped in the TDC over a longer period of time. The piston has to "catch up" the "lost" time in its further path, so that increased acceleration and thus mass forces occur, which must lead to a reduction in the speed level. The required kinematics for the prior art can only be achieved with special gear constellations, which, however, have disadvantages, so that these are currently practically not possible.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Das beim allgemeinen Stand der Technik durch "Frühzündung" potentiell erhöhte negative Anfangsmoment an der Abtriebswelle entfällt hier durch spezielle Maßnahmen und Maschinenabstimmung; zufolge wirkt die Energie von Expansionsmedien nicht einer Kolbenbewegung entgegen.The invention avoids these disadvantages. This in the general state of the art "Early ignition" potentially increased negative starting torque on the output shaft is not applicable here through special measures and machine coordination; according to the energy of Expansion media do not counter piston movement.
Figurenbeschreibung (Fig. 1 bis Fig. 5)Figure description (Fig. 1 to Fig. 5)
Fig. 1 Schematische Wirkanordnung erfindungsgemäßer Einrichtung Fig. 1 Schematic active arrangement of the device according to the invention
Fig. 2 Spezielle Ausführungsvariante mit Orbitalkammer- Anordnung und angeschlossenen Kreiskolbenaggregaten Fig. 2 Special variant with orbital chamber arrangement and connected rotary piston units
Fig. 3 Illustrative dreidimensionale Explosionsdarstellung der speziellen Ausführungsvariante Fig. 3 Illustrative three-dimensional exploded view of the special embodiment
Fig. 4 Schematischer Aufbau einer Dichtgrenze Fig. 4 Schematic structure of a sealing limit
Fig. 5 Verfeinerte Darstellung der Dichtgrenze. Fig. 5 Refined representation of the sealing limit.
Zunächst wird die Erfindung einem Grundgedanken nach in ihrer allgemeinen, Fig. 1, im nachfolgenden in einer speziellen zweidimensionalen Ausführungsvariante, Fig. 2, und schließlich in einer einfachen dreidimensionalen Übersicht mit elementaren Grundkörpern, Fig. 3, beschrieben. Fig. 4 zeigt eine Möglichkeit für den Aufbau einer effektiven Dichtgrenze am erfindungsgemäßen Kolben gegenüber den eingesetzten Medien bzw. Stoffen; Fig. 5 zeigt eine Variante der Dichtgrenze.First, the invention is described according to a basic idea in its general, FIG. 1, in the following in a special two-dimensional embodiment variant, FIG. 2, and finally in a simple three-dimensional overview with elementary basic bodies, FIG. 3. Fig. 4 shows a possibility for the establishment of an effective sealing limit on the piston according to the invention with respect to the media or substances used; Fig. 5 shows a variant of the sealing limit.
Fig. 1 Fig. 1
Ein mit 1 bezeichneter Förderraum, insbesondere Verdichterraum einer nicht näher dargestellten Fördermaschine, insbesondere Verdichtermaschine, schließt an eine begrenzende Wandung 2 des erfindungsgemäßen Prozeßraumes P. Vorbezeichnete Räume stehen über eine Öffnung bzw. einen Kanal 3 (auch innerhalb des Mantels 11) miteinander in Verbindung. Im einfachsten und hier skizzierten Fall wird diese Öffnung durch zyklisches und prozeßtechnisch erforderliches Überfahren mit erfindungsgemäß ausgestalteter peripherer Kolbenwirkfläche 4 zum richtigen Zeitpunkt geschlossen und später wieder freigegeben (auf die Darstellung angemessener Dichtgrenzen wird hier aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet). Das im Verlauf in den erfindungsgemäßen Wirkraum P transportierte und in diesem Fall hochverdichtete Medium passiert hier eine nicht näher beschriebene Brennstoffzuführungseinrichtung 5 (und/oder falls bereits ein zündfähiges Gemisch vorliegt, eine skizzierte Zündeinrichtung 6). Das durch das Überströmen noch turbulente Medium vermischt sich einerseits intensiv mit den auf definierte- Weise zugeführten, speziell eingespritzten Brennstoffglobuli. Bedingt durch die gezielte Plazierung der Brennstoffzuführungseinrichtung sowie die räumliche und zeitliche Relativbewegung der Kolbenwirkzonen wird andererseits ein bestimmter Teil der eingespritzten Menge entlang der Kolben- 7 und/oder auf eine Kolbenmuldenoberfläche 8 aufgetragen. Letztere ermöglicht eine Variante der Ladungsverteilung bzw. -schichtung. Nach dem (selbständigen oder mit nicht näher erläutertem Mittel fremdbewirkten) Zünden der Ladung verbrennen der kolbenfernere und der kolbennähere Anteil des Gemisches i. d. R. nicht gleichzeitig, so daß ein vergleichsweise weicher Verbrennungsvorgang initiiert wird. Da hier erfindungsgemäß für die Entfaltung bzw. Entwicklung der Flammenfront(en) im Vergleich zum Stand der Technik sehr viel Zeit zur Verfügung steht - trotz vorausgesetzter hoher Anzahl der Prozeßzyklen je Zeiteinheit - werden, nicht zuletzt durch eine isochore Zustandsänderung (Wärmezufuhr/Druckaufbau), Voraussetzungen für eine nahezu vollständige Verbrennung der Ladung geschaffen. Dabei sorgt eine Entflammung des Brennstoffgemisches auf diese Art und Weise für geringere Wandwärmeverluste (gleichzeitig kann durch Wahl geeigneter Materialien für Kolben und Mantel der Wärmestrom in den Werkstoffen zusätzlich günstig beeinflußt werden). Im weiteren Verlauf bzw. nach einer gewissen relativen Bewegung, hier insbesondere Drehwinkel ϕ, bezüglich der, hier einfach kreisbogenförmig angedeuteten, Mantelfläche 11 kann die nunmehr heiße Hochdruckladung den Prozeßraum über den (hier dargestellten separaten) Verbindungskanal 9 verlassen und in den Expansionsraum 10 einer nicht näher skizzierten Kraftmaschine eintreten (hier kann bei Bedarf zusätzliches Brennmittel eingeführt werden). Die maximal auftretenden (Kolben-)Drücke in den Prozeßräumen können durch realisierte Einflußgrößen wie Kolbenumfangs­ geschwindigkeit(en), Zeitpunkt, Ort, Menge, Art und Weise des zugeführten Brennmittels, beteiligte Wirkflächen (Geometrien) sowie räumliche Anordnung der Verbindungskanäle auf eine Weise gesteuert bzw. abgestimmt werden, so daß im Endeffekt eine sinnvolle Umsetzung der Expansionsdrücke in Nutzarbeit und insbesondere nutzbares Drehmoment einer Abtriebswelle einer Expansionsmaschine gewährleistet ist.An indicated 1, the pumping chamber, in particular a compressor space of a conveying machine not shown in detail, in particular a compressor machine, includes a bounding wall 2 of the process space according to the invention P. The aforementioned rooms are available via an opening or a duct 3 (also within the jacket 11) connected to one another. In the simplest case, outlined here, this opening is closed at the right time by cyclical and process-technically required overriding with the peripheral piston active surface 4 designed according to the invention and then released again (appropriate sealing limits are not shown here for reasons of clarity). The medium which is transported in the course of the active space P according to the invention and in this case is highly compressed passes here a fuel supply device 5 (not described in more detail) (and / or, if an ignitable mixture already exists, a sketched ignition device 6 ). The medium, which is still turbulent due to the overflow, on the one hand mixes intensively with the specially injected fuel globules supplied in a defined manner. On the other hand, due to the targeted placement of the fuel supply device and the spatial and temporal relative movement of the piston active zones, a certain part of the injected quantity is applied along the piston surface 7 and / or onto a piston recess surface 8 . The latter enables a variant of the charge distribution or stratification. After the charge has been ignited (independently or with the aid of an agent not explained in more detail), the portion of the mixture that is furthest from the piston and that is closer to the piston does not usually burn at the same time, so that a comparatively soft combustion process is initiated. Since, according to the invention, a great deal of time is available for the development or development of the flame front (s) in comparison to the prior art, despite the high number of process cycles required per unit of time, not least due to an isochoric change in state (heat supply / pressure build-up), Prerequisites for an almost complete combustion of the cargo created. Inflammation of the fuel mixture in this way ensures lower wall heat losses (at the same time, the heat flow in the materials can also be influenced favorably by selecting suitable materials for the piston and jacket). In the further course or after a certain relative movement, here in particular angle of rotation bezüglich, with respect to the lateral surface 11 , which is simply indicated here in the form of a circular arc, the now hot high-pressure charge can leave the process space via the separate connecting channel 9 (shown here) and not one into the expansion space 10 Enter the detailed engine (here additional fuel can be introduced if necessary). The maximum occurring (piston) pressures in the process rooms can be controlled or controlled in a way by means of influencing variables such as piston circumferential speed (s), time, place, quantity, type of fuel supplied, active surfaces involved (geometries) and spatial arrangement of the connecting channels can be coordinated so that, in the end, a sensible implementation of the expansion pressures in useful work and in particular usable torque of an output shaft of an expansion machine is guaranteed.
Theoretisch kann der Raum 1 geometrisch dann dem Raum 10 entsprechen, wenn der Prozeßraum P derart gesteuert wird, so daß die Öffnungen 3 und 9 zusammenfallen können, d. h. identisch sind.Theoretically, the room 1 can correspond geometrically to the room 10 if the process room P is controlled in such a way that the openings 3 and 9 can coincide, ie are identical.
Die hier skizzierte relative Bewegung von erfindungsgemäßer Kolbenwirkfläche und diesen umgebenden Mantelflächen während des Prozeßablaufes kann kontinuierlich, d. h. ohne zeitweisen relativen Stillstand zueinander, oder diskontinuierlich, d. h. mit relativem zeitweisen Stillstand zueinander sein. Mittel, die diesen Vorgang korrespondierend beeinflussen können, sind beispielsweise Sychronisierungs- und/oder Schrittgetriebe. Bei diskontinuierlicher Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Kolbens richten sich die Anhaltepunkte nach dem jeweiligen Fortschritt des Prozeßtaktes. Dann verweilen die brennkammerseitigen erfindungsgemäßen Kolbenflächen während eines Großteils eines Teilprozesses (z. B. Expansion) an einem Ort, bis diese dann kurz vor Beendigung des Teilprozesses weitertransportiert werden. Mit entsprechenden nicht näher beschriebenen Maßnahmen kann der Kolben auch eine Schwenkbewegung zwischen zwei Totpunktlagen ausführen. In jedem Fall bedarf es einer Abstimmungseinheit, derart, daß die Abläufe in den Prozeßräumen nicht willkürlich passieren können.The relative movement outlined here of the active piston surface according to the invention and this surrounding jacket surfaces during the process can be continuous, d. H. without intermittent relative standstill, or discontinuous, d. H. with relative intermittent standstill. Means that correspond to this process can influence, for example, synchronization and / or stepping gears. At discontinuous operation of the piston according to the invention Stopping points according to the progress of the process cycle. Then they linger Piston surfaces according to the invention on the combustion chamber side during the majority of one Subprocess (e.g. expansion) in one place until it is just before the end of the Sub-process to be transported. With corresponding unspecified The piston can also take a pivoting movement between two dead center positions To run. In any case, a coordination unit is required such that the processes in the Process rooms cannot happen arbitrarily.
Maschinen, die für die Zu- und Abführung der Medien bzw. Stoffe sorgen können, sind z. B. Hub- und/oder Kreiskolbenaggregate. Insbesondere anhand des letzteren Maschinentyps wird exemplarisch eine Brennkraftmaschine entwickelt, die nach einem speziellen "quasidynamischen" Zweitaktverfahren mit Fremd- oder Eigenzündung betrieben werden kann, Fig. 2, wobei eine spezifische Drehzahlgrenze vor allem durch eine angekoppelte Verdichter- bzw. Expansionsmaschine vorgeben ist. Die konzipierte Ausführung erfindungsgemäßer Einrichtung erfüllt gestellte Forderungen nach thermischer bzw. dynamischer Belastbarkeit und sichert gute Laufeigenschaften sowie Lebensdauer. Machines that can ensure the supply and discharge of the media or substances are e.g. B. lifting and / or rotary piston units. Using the latter type of machine in particular, an internal combustion engine is developed as an example, which can be operated according to a special "quasi-dynamic" two-stroke process with spark or internal ignition, FIG. 2, a specific speed limit being specified primarily by a coupled compressor or expansion machine. The designed version of the device according to the invention fulfills the requirements for thermal or dynamic resilience and ensures good running properties and a long service life.
Fig. 2 Fig. 2
Bei dem jetzt beschriebenen erfindungsgemäßen Aggregat besteht eine Lagerung des, hier kontinuierlich gesteuerten und bezüglich der im wesentlichen kreisrunden inneren Mantelfläche 11 sowie im wesentlichen zentrisch bzw. koaxial verlaufenden Drehachse 12 des (hier im Uhrzeigersinn, gekennzeichnet mit einem Pfeil) rotierenden, vereinfacht ausgedrückt dreieckigen Kolbens 13 aus (einem oder mehr) kolbenseitig angebrachtem(n) Zapfen 14 sowie letztere(n) umgebende(s) konventionelle(s) Gleit- oder Wälzlager 15, innerhalb eines ein- oder mehrteiligen, schematisch gezeichneten Mantelgehäuses 16. Die Drehachse 12 des Kolbenzapfens 14 kann justier-, verstell- und feststellbar ausgeführt sein, (beispielsweise mittels Exzenter).In the unit according to the invention now described, there is a bearing for the, here continuously controlled and with respect to the essentially circular inner lateral surface 11 and essentially central or coaxial axis of rotation 12 of the (here clockwise, marked with an arrow) rotating, to put it simply triangular piston 13 made of (one or more) peg 14 attached to the piston and surrounding conventional slide or roller bearing 15 within a single or multi-part, schematically drawn casing housing 16 . The axis of rotation 12 of the piston pin 14 can be designed to be adjustable, adjustable and lockable (for example by means of an eccentric).
Angedeutete Kühlräume 17, in denen ein Medium zirkulieren kann und/oder nichtgezeigte Kühlkörper am Mantelgehäuse verhindern eine Überhitzung des Aggregates während des Betriebes.Indicated cooling rooms 17 , in which a medium can circulate and / or cooling bodies (not shown) on the jacket housing prevent the unit from overheating during operation.
Der Kolben 13 steht dabei in Verbindung mit mindestens einem Arbeit verrichtenden Antriebselement und bildet dem Grundgedanken nach keine Kammern wechselnden Rauminhaltes, während seiner Führung bzw. Drehung und des Prozeßablaufes. Vielmehr werden hier dem Wesen der Idee nach, zeitweise entsprechende äquidistante und umlaufende Kammern mit, im wesentlichen, konstantem Rauminhalt gebildet.The piston 13 is in connection with at least one work-performing drive element and, according to the basic concept, does not form any chamber volume changing during its guidance or rotation and the process sequence. Rather, according to the nature of the idea, corresponding equidistant and encircling chambers with essentially constant volume are formed at times.
In den Prozeßräumen laufen phasenversetzt Zyklen ab, so daß zwischen benachbarten Kammern ein Druckgefälle in Richtung auf die nachfolgende bzw. voreilende, in einem abgeschlossenen Raum oder zu einem (Überström-) Kanal in Verbindung stehende Kammer besteht, wobei, wie bereits zuvor erwähnt, jedenfalls dem Grundgedanken nach, die erfindungsgemäßen Kolben- und diesen umgebenden Mantelwirkflächen nicht volumenveränderliche Räume bilden.In the process rooms, cycles are carried out with a phase shift, so that between adjacent ones Chambers a pressure drop in the direction of the subsequent or leading, in one enclosed space or chamber connected to an (overflow) channel exists, whereby, as already mentioned above, the basic idea is that Piston surfaces according to the invention and surrounding jacket active surfaces are not Form volume-changing rooms.
Die in den Wänden des Kolbengehäuses 16 angeordneten Durchlaßöffnungen 3, 9 für die Zufuhr und die Ableitung der (Arbeits-)Medien werden hierbei sukzessive von den peripheren Kolbenflächen 4 überfahren, derart, daß prinzipiell auf eine zwangsweise Öffnung und/oder Schließung der Öffnungen durch zusätzliche Mittel wie z. B. Ventile verzichtet werden kann.The through openings 3 , 9 arranged in the walls of the piston housing 16 for the supply and discharge of the (working) media are successively run over by the peripheral piston surfaces 4 such that, in principle, the openings are forced and / or closed by additional ones Means such as B. valves can be dispensed with.
Die Drehzahl des Kolbens 13 (Drehachse 12) wird hierbei durch ein nicht gezeigtes Synchronisierungsgetriebe in einem festen Verhältnis zur Drehzahl der Exzenterwelle(n) 18, 19 der Kreiskolbenmaschine(n) (hier: innenachsig, Drehzahlverhältnis der zweibogigen Kolben 20, 21 zu den Exzentern 1 : 2) abgestimmt, wodurch eine gewünschte Phasenlage des erfindungsgemäßen Drehkörpers zu den volumenvariablen Räumen bewirkt wird. Das Drehzahlverhältnis beträgt in diesem Fall 1 : 3, oder anders ausgedrückt: Das Drehzahlverhältnis des Kolbens 13 zu den Kolben 20, 21 ist 2 : 3. Die Synchronisierung der Drehzahlen gelingt beispielsweise durch ein entsprechendes Zahnradgetriebe oder auch Kettentrieb bzw. (Zahn-)Riementrieb.The speed of the piston 13 (axis of rotation 12 ) is here by a synchronization gear, not shown, in a fixed ratio to the speed of the eccentric shaft (s) 18 , 19 of the rotary piston machine (s) (here: internal axis, speed ratio of the double-armed pistons 20 , 21 to the eccentrics 1: 2) matched, whereby a desired phase position of the rotating body according to the invention is effected in relation to the volume-variable rooms. In this case, the speed ratio is 1: 3, or in other words: the speed ratio of the piston 13 to the pistons 20 , 21 is 2: 3. The speeds are synchronized, for example, by means of a corresponding gear drive or chain drive or (toothed) belt drive .
Dabei ist der Kolben 13 insgesamt keinen hohen dynamischen Beschleunigungs- und Verzögerungskräften unterworfen. Wenigstens die radial nach außen gerichteten peripheren Wirkflächen 4 des Kolbens 13 sind zweckmäßigerweise an die Form der an sie angrenzenden Innenseite der Mantelfläche(n) 11 angepaßt. Zwischen dem Kolben und der diesen umschließenden inneren Mantelfläche sind daher nur sehr geringe Abstände erforderlich. Durch sinnvoll geformte und angeordnete Bauteile, die insbesondere in Nuten des Kolbens eingesetzt werden können, wird eine effektive Dichtgrenze bezüglich der verwendeten Medien bzw. Stoffe erzielt. Zusätzlich können in den (äußeren) Flächen des Kolbens (13) Labyrinthdichtungen in Form von Riefen bzw. Nuten eingebracht sein.Overall, the piston 13 is not subjected to high dynamic acceleration and deceleration forces. At least the radially outwardly directed peripheral active surfaces 4 of the piston 13 are expediently adapted to the shape of the inside of the lateral surface (s) 11 adjoining them. Only very small distances are therefore required between the piston and the inner circumferential surface surrounding it. An effective sealing limit with regard to the media or substances used is achieved through sensibly shaped and arranged components, which can be used in particular in grooves in the piston. In addition, labyrinth seals in the form of grooves or grooves can be introduced into the (outer) surfaces of the piston ( 13 ).
Bei Bedarf können (zusätzlich) Dichtelemente in Nuten der seitlichen Kolbenummantelung vorgesehen werden; siehe hierzu auch Fig. 4 und Fig. 5.If required, (additional) sealing elements can be provided in the grooves in the lateral piston casing; see also Fig. 4 and Fig. 5.
Die Durchlaßöffnungen 3, 9 am Umfang des Mantels 11 (ggf. auch am seitlichen Mantel) sind hier einfach schlitzartig ausgebildet und jeweils durch den Kolben verschließbar und wieder freigebbar. Die Kammern des Kolbensystems korrespondieren prozeßtechnisch miteinander über die hier im Winkel von etwa 120° zueinander stehenden Überströmkanäle. Wird ein Betriebsmittelzuführungssystem und/oder eine Zündeinrichtung vorgesehen, so können diese bezogen auf den Brennkammereintritt prozeßtechnisch sinnvoll in Winkeln von hier ca. 60° bzw. 100° angeordnet sein. Insgesamt gesehen können die Kolbensysteme in einem feststehenden ein- oder mehrteiligem Mantelgehäuse mit aufgesetztem(n) Deckel(n) untergebracht sein.The passage openings 3 , 9 on the circumference of the casing 11 (possibly also on the lateral casing) are simply slit-like here and can be closed and released again by the piston. The chambers of the piston system correspond in terms of process technology to one another via the overflow channels which are at an angle of approximately 120 ° to one another. If an operating medium supply system and / or an ignition device is provided, these can be arranged in a process-related manner at angles of approximately 60 ° or 100 ° in relation to the combustion chamber inlet. Seen overall, the piston systems can be accommodated in a fixed, single-part or multi-part jacket housing with a cover (s) attached.
Die Einlaßöffnung 22 für das frische Medium innerhalb der Verdichtermaschine ist hier vereinfacht und demonstrativ derart gewählt, daß es während der "oberen Totpunktstellung" des Kolbens 20 nicht zu einem Kammerkurzschluß von 1 und 1a kommt. Analog einfache Verhältnisse gelten für die Expansionsmaschine (Kolben 21, Auslaßöffnung 23). Eine differenzierendere Betrachtungsweise des Geschehens führt zu spezifischeren und unterschiedlichen Anordnungen, Querschnitten und Konturverläufen der Öffnungen bzw. Kanäle.The inlet opening 22 for the fresh medium within the compressor machine is here simplified and demonstratively selected such that there is no chamber short circuit of 1 and 1 a during the "top dead center position" of the piston 20 . Analogous simple relationships apply to the expansion machine (piston 21 , outlet opening 23 ). A more differentiated view of what is going on leads to more specific and different arrangements, cross-sections and contours of the openings or channels.
Beim Überströmen des Mediums von der Prozeßkammer P in den Expansionsraum 10 entsteht hier ein "Expansionsverlust", bedingt durch sogenannte "schädliche" Räume, jedoch kann dieser wegen der gewonnenen Vorteile überkompensiert werden.When the medium flows over from the process chamber P into the expansion space 10 , there is a "loss of expansion" due to so-called "harmful" spaces, but this can be overcompensated because of the advantages gained.
Die Kammer (P) bewegt sich nach dem Passieren der Öffnung (9) im weiteren Verlauf wieder auf den Verdichterraum (1) zu, so daß eine erneute Beladung der Brennkammer und ein weiteres Wechselspiel erfolgen kann.After passing through the opening ( 9 ), the chamber (P) moves again towards the compressor chamber ( 1 ), so that the combustion chamber can be reloaded and another interplay can take place.
Da durch die erfindungsgemäße Prozeßführung insbesondere der Kreiskolben der Expansionsmaschine und damit dessen Synchronisierungsgetriebe in einer besonderen Art und Weise belastet werden kann (vor allem im Bereich seiner "oberen Totpunktstellung"), müssen gegebenenfalls Maßnahmen getroffen werden, die diesbezüglich für eine bestmögliche Gestaltung der betroffenen Bauteile sorgen (vor allem Werkstoffe nach dem neusten Stand der Technik, aber auch Optimierungen nach Anzahl Form und Raum). Diese Mittel werden aber nicht im Rahmen dieser Abhandlung detaillierter untersucht.Since the rotary piston in particular by the process control according to the invention Expansion machine and thus its synchronization gear in a special way  and how it can be loaded (especially in the area of its "top dead center position"), If necessary, measures must be taken that are relevant for a ensure the best possible design of the affected components (especially materials according to state of the art, but also optimizations according to the number of shapes and spaces). This However, funds are not examined in more detail in the context of this paper.
Anhand von Fig. 3 werden nunmehr die relativen und ungefähren Größenverhältnisse der wichtigsten Bauteile des Aggregates dreidimensional und explosiv skizziert: . With reference to FIG 3, the relative and approximate size ratios of the main components of the machine are now three-dimensionally and explosive outlined:
Im Zentrum der Darstellung befindet sich ein einfach gestalteter Kolben 13 der erfindungsgemäßen Einrichtung. Dessen Kolbenbreite bzw. -höhe entspricht im wesentlichen der Breite der Kreiskolben 20, 21 von Verdichter- bzw. Expansionsmaschine. Der Kolben kann einen Hohlraum aufweisen und von einem Kühlmedium durchströmt werden, bzw. ein den Wärmestrom leitendes Medium enthalten. (Es können nichtgezeigte Maßnahmen entwickelt sein, welche eine weitere Reduktion des Kolbengewichtes erreichen können).At the center of the illustration is a simply designed piston 13 of the device according to the invention. Its piston width or height corresponds essentially to the width of the rotary pistons 20 , 21 of the compressor or expansion machine. The piston can have a cavity and a cooling medium can flow through it, or it can contain a medium that conducts the heat flow. (Measures not shown can be developed which can achieve a further reduction in the piston weight).
Die Kolbenbreiten von Verdichter und Expander können zwecks Überladung der Arbeitsmaschine unterschiedlich gewählt sein, ebenso die Exzentrizitäten der Wellen 18 und 19. Auf die Darstellung der Synchronisierungsgetriebe für die Kreiskolbenmaschinen und für den Kolben 13 wird hier aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Das Mantelgehäuse 16 ist hier einteilig dargestellt, mit den schlitzförmigen Öffnungen 22, 3, 9 (23 verdeckt). Die Brennstoffzuführungsstelle sowie die räumliche Anordnung einer möglichen Zündeinrichtung sind mit den Linien 5 und 6 angedeutet. Ein schematisch gezeichneter (hier einteiliger) Deckel 24, in dem sich (nichtgezeichnete) Lagerstellen für die Kolbensysteme befinden, verschließt seitlich das Mantelgehäuse; desgleichen auf der gegenüberliegenden Seite (nicht gezeigt). Ein Schwungrad sowie Wuchtgewichte für den Massenausgleich können in einem (nichtgezeigten) separaten Gehäuse untergebracht sein. Der Abtrieb kann an einem der Wellenzapfen gewählt werden.The piston widths of the compressor and expander can be selected differently for the purpose of overloading the working machine, as can the eccentricities of the shafts 18 and 19 . For the sake of clarity, the synchronization gears for the rotary piston machines and for the piston 13 are not shown here. The casing 16 is shown here in one piece, with the slot-shaped openings 22 , 3 , 9 ( 23 covered). The fuel supply point and the spatial arrangement of a possible ignition device are indicated by lines 5 and 6 . A schematically drawn (here one-piece) cover 24 , in which (not shown) bearing points for the piston systems are located, closes the casing on the side; likewise on the opposite side (not shown). A flywheel and balancing weights for the mass balance can be accommodated in a separate housing (not shown). The output can be selected on one of the shaft journals.
Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau einer effektiven Dichtgrenze. In Anlehnung an einen bekannten Stand der Technik wird die Dichtgrenze kolbenseitig angeordnet. Mit 25 ist ein peripherer Dichtbolzen gekennzeichnet, welcher zusammen mit der peripheren Scheiteldichtleiste 26 und dem kürzeren 27 sowie dem längeren 28 Element der seitlichen Dichtleiste(n) den Prozeßraum (P) relativ zu den umgebenden Mantelflächen (11) abdichtet (vgl. Fig. 2). Die Dichtgrenze ist hier in ihrer einfachen Ausführungsvariante gezeigt. Es besteht auch die Möglichkeit einer mehrfachen Anordnung, Fig. 5 (Dichtgrenze ohne Kolben), d. h. z. B. daß zweite Dichtleisten parallel zu den ersten seitlichen Dichtleisten (27, 28) bestehen. Da die Dichtgrenze aus nicht bogenförmigen Bauteilen aufgebaut werden kann und in diesen Körpern im Betrieb keine pulsierenden Wechselspannungen auftreten, brauchen die hierfür verwendeten Materialien nicht unbedingt flexibel zu sein. Es können deshalb vorteilhaft spezielle "starre" Werkstoffe Verwendung finden und/oder hochtemperaturfeste keramische Werkstoffe gewählt werden. Fig. 4 shows schematically the structure of an effective sealing limit. Based on a known prior art, the sealing limit is arranged on the piston side. 25 denotes a peripheral sealing bolt which, together with the peripheral crown sealing strip 26 and the shorter 27 and the longer 28 element of the side sealing strip (s), seals off the process space (P) relative to the surrounding lateral surfaces ( 11 ) ( cf.Fig. 2 ). The sealing limit is shown here in its simple design variant. There is also the possibility of a multiple arrangement, FIG. 5 (sealing limit without piston), ie, for example, that there are second sealing strips parallel to the first lateral sealing strips ( 27 , 28 ). Since the sealing limit can be built up from non-arcuate components and no pulsating alternating voltages occur in these bodies during operation, the materials used for this need not necessarily be flexible. Special "rigid" materials can therefore advantageously be used and / or high-temperature-resistant ceramic materials can be selected.
Zusätzlich kann eine axiale und im wesentlichen konzentrisch zum Kolbenzapfen (14 in Fig. 3) angeordnete kreisringförmige Dichtung 29 vorgesehen werden. Eine Kolbenmulde ist wiederum mit 8 gekennzeichnet. Die Form, die räumliche Erstreckung und die örtliche Anordnung der Mulde richtet sich nach gewünschten Prozeßparametern (insbesondere Verdichtungsverhältnis, Medium, Drehzahl).In addition, an axial annular seal 29 arranged essentially concentrically to the piston pin ( 14 in FIG. 3) can be provided. A piston recess is again identified with 8 . The shape, the spatial extent and the local arrangement of the trough depends on the desired process parameters (in particular compression ratio, medium, speed).
Wichtig für die Brauchbarkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Verbrennen von Medien bzw. Stoffen ist die Tatsache, daß die Dichtkörper keine großen Hübe ausführen (insbesondere wegen auftretender Biegemomente infolge der hohen Drücke). Deshalb ist hier keine exzentrische Anordnung, im konkreten Fall Lagerung, des Kolbens zur umgebenden Mantelfläche vorgesehen (obwohl prinzipiell möglich). Abgesehen von Fertigungstoleranzen soll der Kolben folglich koaxial und im wesentlichen zentrisch sowie symmetrisch zur Mantelfläche angeordnet sein.Important for the usability of the device according to the invention for burning Media or substances is the fact that the sealing bodies do not perform large strokes (especially due to bending moments due to the high pressures). Therefore here no eccentric arrangement, in the specific case of storage, of the piston surrounding outer surface provided (although in principle possible). Apart from Manufacturing tolerances, the piston should consequently be coaxial and essentially centric as well be arranged symmetrically to the lateral surface.
Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltungsmöglichkeiten von Kolben und Mantelkörper kann überdies vorteilhaft ein sogenannter "heißer Kolben" während des Prozeßablaufes gefahren werden.As a result of the design options of the piston and jacket body according to the invention can also advantageously a so-called "hot piston" during the process be driven.
Nachfolgend werden weitere Eigenschaften und Entwicklungsmaßnahmen für die erfindungsgemäße Einrichtung skizziert.The following are further properties and development measures for the Device outlined according to the invention.
In das System (beispielsweise Fig. 2) können im Bereich der Öffnungen 22, 23 Ventile, hauptsächlich Ein- und/oder Auslaßdrehschieber zusätzlich integriert sein, die im Bedarfsfall Einflußnahme auf den Prozeßverlauf geben können. Ferner kann innerhalb eines Überströmkanals 3, 9 ein druckgesteuertes Rückschlagventil vorgesehen werden, das erst bei entsprechendem (Über-)Druck in Richtung zum Druck-/Brennraum hin öffnet. Oder es wird ein Wirbelbildner in Form eines besonders gestalteten Einsatzstückes in einen Kanal integriert. Durch diese Maßnahmen läßt sich das Strömungs- und Wirbelbild des Mediums beim Kammerübertritt weitgehend beeinflussen.In the system (for example FIG. 2), valves, mainly inlet and / or outlet rotary valves, can additionally be integrated in the area of the openings 22 , 23, which valves can influence the course of the process if necessary. Furthermore, a pressure-controlled check valve can be provided within an overflow channel 3 , 9 , which only opens in the direction of the pressure / combustion chamber when there is corresponding (over) pressure. Or a vortex generator in the form of a specially designed insert is integrated into a channel. These measures can largely influence the flow and vortex pattern of the medium when entering the chamber.
Durch entsprechende Ausgestaltung der Kanäle wird es zudem möglich, den Verbrennungs- und/­ oder Expansionsvorgang nach Art einer Reaktionsdüse ablaufen zu lassen.Appropriate design of the channels also makes it possible to control the combustion and / or to let the expansion process take place like a reaction nozzle.
Bei Bedarf können Stoffe sequentiell und an verschiedenen Orten entlang der Mantelfläche(n) zugeführt, insbesondere eingespritzt und/oder gezündet werden.If necessary, fabrics can be placed sequentially and in different locations along the Shell surface (s) supplied, in particular injected and / or ignited.
Vorteilhaft erweist sich die Gestaltung des Kolbens mit im wesentlichen dreieckiger Außenkontur mit oder ohne konvex (nach außen) gekrümmten Flächen zur Bildung von drei äquidistanten und umlaufenden Kammern, in denen gleichzeitig, einzeln betrachtet nacheinander, hauptsächlich die Prozesse der Verdichtung, insbesondere die Verbrennung sowie Expandierung der Medien ablaufen können, mit dem erzielbaren Effekt, daß sowohl das Leistungs- als auch das Abgasverhalten einer bereits bestehenden Maschine deutlich verbesserbar ist.The design of the piston with an essentially triangular shape proves to be advantageous Outer contour with or without convex (outward) curved surfaces to form three Equidistant and revolving chambers, in which simultaneously, individually viewed  one after the other, mainly the processes of compression, especially combustion and expansion of the media can take place, with the achievable effect that both the performance as well as the exhaust gas behavior of an existing machine clearly can be improved.
Kolben- und Brennraumoberflächen können zweckmäßig aus hochwarmfesten Materialien hergestellt sein. Obwohl für die Verbrennung der Medien auch bei höchsten Drehzahlen vergleichsweise viel Zeit zur Verfügung steht, kann mit geeigneten Maßnahmen, beispielsweise durch Auswahl von günstigen Materialien der Wärmeverlust gering gehalten werden. Die Abdichtung und die Kühlung der Räume kann mit Mitteln nach dem allgemeinen Stand der Technik erzielt werden. Für die Schmierung der beteiligten Gleitkörper kann eine bekannte Öldosiereinrichtung installiert sein.Piston and combustion chamber surfaces can expediently be made of highly heat-resistant materials be made. Although for the combustion of the media even at the highest speeds comparatively much time is available, can be taken with suitable measures, For example, by choosing cheap materials, the heat loss is kept low become. The sealing and cooling of the rooms can be done by general means State of the art can be achieved. For the lubrication of the sliding bodies involved, a known oil metering device can be installed.
Gezeigt wird in Fig. 2 eine symmetrische Anordnung der Kreiskolben bezüglich der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die beiden Kreiskolben drehen hier in gleicher Richtung und entgegengesetzt zur erfindungsgemäßen Kolbeneinheit. Prinzipiell ist auch eine asymmetrische Anordnung (im Winkel von beispielsweise 60° zueinander) der Kreiskolben mit entgegengesetzten Drehrichtungen möglich. Je nach gewünschter Anordnung (Kolbenformen, Überströmgeometrie, Synchronisierung) können alle Kolben mit gleicher Drehrichtung ausgeführt werden. Es ist auch möglich, beide Kreiskolben nebeneinander auf nur eine Exzenterwelle zu plazieren. Bei dieser Anordnung entstehen dann allerdings längere Verbindungskanäle zu der erfindungsgemäßen Einrichtung. Grundsätzlich sind mehrere Einrichtungseinheiten in Antriebsverbindung miteinander koppelbar, (jeweils) auf einer gemeinsamen Welle.A symmetrical arrangement of the rotary piston is shown in Fig. 2 with respect to the device of the invention. The two rotary pistons rotate here in the same direction and opposite to the piston unit according to the invention. In principle, an asymmetrical arrangement (at an angle of, for example, 60 ° to one another) of the rotary pistons with opposite directions of rotation is also possible. Depending on the desired arrangement (piston shapes, overflow geometry, synchronization), all pistons can be designed with the same direction of rotation. It is also possible to place both rotary pistons next to each other on only one eccentric shaft. With this arrangement, however, longer connecting channels to the device according to the invention then arise. Basically, several device units can be coupled to each other in a drive connection, (each) on a common shaft.
Zur Optimierung des Ungleichförmigkeitsgrades kann wie üblich ein Schwungrad vorgesehen werden.As usual, a flywheel can be provided to optimize the degree of non-uniformity become.
Erfindungsgemäßer Kolben kann auch im wesentlichen zwei-, vier- oder fünfeckig (usw.) oder entsprechend (räumlich) bogenförmig ausgeführt werden. Die Kreiskolbenmaschinen können auch drei- oder mehrbogige Kolben aufweisen. Es können auch konventionelle Hubkolbensysteme zur Anwendung gelangen. Weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten sind systemimmanent denkbar, je nach gewünschtem Verfahrensziel.Piston according to the invention can also be essentially hexagonal, pentagonal or pentagonal (etc.) or correspondingly (spatially) arched. The rotary piston machines can also have three- or multi-lobed pistons. It can also be conventional Reciprocating systems are used. Other useful combinations are conceivable inherent in the system, depending on the desired process objective.
Die Eigenart der Erfindung ermöglicht neben einer Verbrennung konventioneller Treibstoffe (OTTO, DIESEL) vor allem auch die von Stoffen mit schwererer Entflammbarkeit und/oder längeren Reaktions- bzw. Entflammverzugszeiten; dieses jedoch auf hohem Drehzahlniveau. Im Rahmen eines Entsorgungskonzeptes können vorzugsweise bestimmte Abfall- und/oder Schadstoffe, zumindest als Bestandteil eines Brennmittels, Verwendung finden. The peculiarity of the invention enables combustion of conventional fuels (OTTO, DIESEL) especially those of substances with less flammability and / or longer reaction or flame delay times; this, however, at a high speed level. Within the framework of a disposal concept, certain waste and / or Find pollutants, at least as part of a fuel.  
Im Ergebnis steht ein, im Aufbau einfaches, Aggregat mit hoher Leistungsdichte, großer Laufruhe und gutem (auch thermischen) Wirkungsgrad. Es sind nur wenige Bauteile erforderlich. Erfindungsgemäßes Aggregat ist vielseitig verwendbar und kostengünstig herstellbar.The result is a unit that is simple in construction, with a high power density and large Smooth running and good (also thermal) efficiency. There are only a few components required. The unit according to the invention is versatile and inexpensive producible.
BezugszeichenlisteReference list
11
Förderraum, insbesondere Verdichterraum (ebenso Delivery room, especially compressor room (likewise
11
a)
a)
22nd
begrenzende Wandung des erfindungsgemäßen Prozeßraumes P
delimiting wall of the process space P according to the invention
33rd
(Verbindungs-)Öffnung bzw. Kanal vom Verdichterraum (Connection) opening or duct from the compressor room
11
zum Prozeßraum P
to process room P
44th
periphere Kolbenwirkfläche
peripheral piston effective surface
55
Zuführungseinrichtung, insbesondere für Brennstoffe
Feeding device, in particular for fuels
66
Zündeinrichtung
Ignition device
77
Kolben(ober)fläche
Piston (surface)
88th
Kolbenmulde(noberfläche)
Piston bowl (surface)
99
(Verbindungs-)Öffnung bzw. Kanal zum Expansionsraum (Connection) opening or channel to the expansion space
1010th
1010th
Förderraum, insbesondere Expansionsraum (ebenso Subsidy area, especially expansion area (also
1010th
a)
a)
1111
innere (speziell den Kolben inner (especially the piston
1313
umgebende) Wirk- bzw. Mantelfläche
surrounding) active or lateral surface
1212th
Drehachse des erfindungsgemäßen Kolbens Axis of rotation of the piston according to the invention
1313
1313
(mehreckiger oder auch mehrbogiger) erfindungsgemäßer Kolben
(Polygonal or multi-arched) piston according to the invention
1414
Zapfen des erfindungsgemäßen Kolbens Pin of the piston according to the invention
1313
1515
(Gleit-/Wälz-)Lager
(Plain / roller) bearings
1616
(ein- oder mehrteiliges) Mantelgehäuse
(single or multi-part) casing
1717th
Kühlräume
Cold rooms
1818th
Exzenterwelle, Kreiskolben-Verdichtermaschine
Eccentric shaft, rotary piston compressor machine
1919th
Exzenterwelle, Kreiskolben-Expansionsmaschine
Eccentric shaft, rotary piston expansion machine
2020th
(zweibogiger) Kolben der Kreiskolben-Verdichtermaschine
(Double-armed) piston of the rotary piston compressor machine
2121
(zweibogiger) Kolben der Kreiskolben-Expansionsmaschine
(Double-armed) piston of the rotary piston expansion machine
2222
Einlaßöffnung
Inlet opening
2323
Auslaßöffnung
Outlet opening
2424th
Deckel des Mantelgehäuses Cover of the casing
1616
2525th
(peripherer Kolben-)Dichtbolzen
(peripheral piston) sealing bolt
2626
(periphere Kolben-)Scheiteldichtleiste
(peripheral piston) crown sealing strip
2727
kürzere seitliche Kolbendichtleiste
shorter side piston sealing strip
2828
längere seitliche Kolbendichtleiste
longer side piston sealing strip
2929
kreisringförmige Dichtung
P erfindungsgemäßer Prozeßraum
ϕ = Relativbewegung/Verschiebung, insbesondere Dreh- oder Schwenkwinkel
annular seal
P process space according to the invention
ϕ = relative movement / displacement, especially rotation or swivel angle

Claims (20)

1. Einrichtung zum Leiten bzw. zur Beeinflussung eines Prozeßverlaufes von Medien bzw. Stoffen, insbesondere für deren Verbrennung, mit mindestens einer Öffnung für deren Zufuhr und/oder Ableitung, mit einer zyklischen sowie relativen Bewegung von benachbarten Wirkflächen, insbesondere der einer Vorrichtung zum Verschließen der Öffnung(en) und der diese Vorrichtung umgebenden Mantelfläche, wobei ein zeitweise geschlossener Raum für die Aufnahme der Medien bzw. Stoffe entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch die benachbarten erfindungsgemäßen Wirkflächen gebildeten Raum die Medien bzw. Stoffe in eine gesteuerte zeitliche sowie räumliche Bedingung geleitet werden, mit der Maßgabe, daß die Einrichtung im Hinblick auf eine dem Prozeßverlauf entsprechende und deshalb der Einrichtung vor- bzw. nachgeschaltete Zuführungs- bzw. Ableitungseinheit für die Medien bzw. Stoffe als ein Zeitglied wirkt, wodurch sich in definierten Umgebungsbedingungen eine durch die Medien bzw. Stoffe vorgegebene Eigenschaft, bezogen auf den Zeitverlauf des außerhalb und innerhalb der Einrichtung ablaufenden gesamten (zyklischen) Prozesses, virtuell bzw. relativ verändert, insbesondere die Reaktionszeit für die Entflammung und Verbrennung der Medien bzw. Stoffe virtuell bzw. relativ verkürzt wird.1. Device for directing or influencing a process of media or substances, in particular for their combustion, with at least one opening for their supply and / or discharge, with a cyclical and relative movement of adjacent active surfaces, in particular that of a device for closing the opening (s) and the lateral surface surrounding this device, a temporarily closed space for receiving the media or substances being formed, characterized in that in the space formed by the adjacent active surfaces according to the invention the media or substances are controlled in a controlled time and spatial condition are passed, with the proviso that the device acts as a timing element with regard to a feed or discharge unit for the media or substances corresponding to the course of the process and therefore upstream or downstream of the device, as a result of which a defined environmental conditions through the medi The properties or substances specified, based on the time course of the entire (cyclical) process taking place outside and inside the facility, are changed virtually or relatively, in particular the reaction time for the ignition and combustion of the media or substances is virtually or relatively shortened.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte zeitliche sowie räumliche Bedingung durch eine Verweilung der Medien bzw. Stoffe in einem mit einer Dichtgrenze versehenen Prozeßraum P geschieht, der durch eine gesteuerte zeitliche sowie räumliche Verschiebung ϕ bezüglich einer Mantellinie seines Raumes aufspannende(n) Wirkfläche(n) 7 bzw. 11 erfolgt.2. Device according to claim 1, characterized in that the controlled temporal and spatial condition occurs by a dwell of the media or substances in a process space P provided with a sealing boundary, the spanning by a controlled temporal and spatial displacement ϕ with respect to a surface line of its space (N) effective area (s) 7 and 11 takes place.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Verschiebung ϕ durch relative Drehbewegung von (kolbenseitigen) Wirkflächen 4, 7 und diese umgebende(n) (gehäuseseitigen), wenigstens bereichsweise konkav geformter, Mantelfläche 11 passiert. 3. Device according to claim 2, characterized in that the spatial displacement ϕ by relative rotary movement of (piston-side) active surfaces 4 , 7 and this surrounding (s) (housing-side), at least partially concavely shaped, surface area 11 happens.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die (kolbenseitigen) Wirkflächen 4, 7 einen Querschnitt des Kolbens 13 bilden, der, speziell äußerlich, die Form eines Mehrecks, insbesondere und im wesentlichen eines gleichseitigen Dreiecks aufweist, dessen konvex und/oder konkav bzw. plan ausgebildete Hüllkurve, von einer rotationssymmetrischen und im wesentlichen kreisbogenförmigen Linie einer inneren Mantelfläche 11 umgeben ist, an und/oder in der Öffnungen 3, 9 für die Zu- und Abfuhr von Medien bzw. Stoffen vorhanden sind, die in einem Winkel zueinander liegen, der im Falle des dreieckigen Kolbens insbesondere etwa 120° beträgt.4. Device according to claim 3, characterized in that the (piston-side) active surfaces 4 , 7 form a cross section of the piston 13 which, especially externally, has the shape of a polygon, in particular and essentially an equilateral triangle, the convex and / or concave or flat envelope, surrounded by a rotationally symmetrical and essentially circular arc-shaped line of an inner circumferential surface 11 , on and / or in the openings 3 , 9 for the supply and discharge of media or substances that are at an angle to each other, which in the case of the triangular piston is in particular about 120 °.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben 13 bezüglich seiner Drehachse periphere, der Form der Mantelfläche 11 angepaßte, insbesondere konvex gekrümmte, Flächen 4 besitzt, welche infolge ihrer räumlichen Erstreckung die Öffnungen 3, 9, insbesondere vollständig bedecken können.5. Device according to claim 4, characterized in that the piston 13 with respect to its axis of rotation peripheral, the shape of the lateral surface 11 adapted, in particular convexly curved, has surfaces 4 , which can cover the openings 3 , 9 , in particular completely, due to their spatial extension.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben 13 wenigstens bereichsweise derart mit Mitteln geführt wird, daß zusammen mit den umgebenden Mantellinien 11 zeitweise ein Raum mit konstantem Volumen besteht, währenddessen dieser Raum von den Öffnungen 3, 9 abgeschlossen ist.6. Device according to claim 4, characterized in that the piston 13 is guided, at least in regions, with means such that, together with the surrounding surface lines 11, there is at times a space of constant volume, during which time this space is closed off by the openings 3 , 9 .
7. Einrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in Antriebsverbindung mit wenigstens einer weiteren Maschine steht, die der Zu- und/oder Abführung bzw. Weiterleitung der Medien bzw. Stoffe dient.7. Device according to at least one of the preceding claims, characterized, that the device is in drive connection with at least one further machine, which serves for the supply and / or discharge or forwarding of the media or substances.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsverbindung mit wenigstens einer weiteren Maschine besteht, die im Betrieb wenigstens eine Kammer wechselnden Rauminhaltes bildet und deren Kolben eine definierte "Totpunktstellung" aufweist, die ihrerseits eine Stellung des Kolbens 13 charakterisiert. 8. Device according to claim 7, characterized in that there is a drive connection with at least one further machine which forms at least one chamber changing volume during operation and whose piston has a defined "dead center position", which in turn characterizes a position of the piston 13 .
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die angeschlossene(n) Kammer(n) wechselnden Rauminhaltes durch insbesondere (ein) Hubkolben- und/oder Rotations- bzw. Kreiskolbenaggregat(e) gebildet wird.9. Device according to claim 8, characterized, that the connected chamber (s) changing volume by in particular (A) piston and / or rotary or rotary piston unit (s) is formed.
10. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäße Einrichtung mit zwei Einheiten in Antriebsverbindung steht bzw. gekoppelt ist und diese derart zusammenwirken, daß in einer Maschine im wesentlichen ein Ansaug- und Verdichtungsvorgang und in der anderen Maschine im wesentlichen ein Expansions- und Ausschiebevorgang von Medien bzw. Stoffen vollzogen wird.10. Device according to at least one of the claims, characterized, that the device according to the invention is in drive connection with two units or is coupled and they cooperate in such a way that in one machine essentially one suction and compression process and essentially one in the other machine Expansion and extension process of media or substances is carried out.
11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Kolbens (13) in einem bestimmten Verhältnis zur Drehbewegung einer Welle der vor- und/oder nachgeschalteten Maschine steht, insbesondere auf ein spezifisches Drehzahlverhältnis von 1 : 3 abgestimmt ist und mit bekannten Mitteln zur Synchronisierung erzielt wird.11. The device according to claim 7, characterized in that the rotary movement of the piston ( 13 ) is in a certain ratio to the rotary movement of a shaft of the upstream and / or downstream machine, in particular is matched to a specific speed ratio of 1: 3 and with known Means of synchronization is achieved.
12. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäße Einrichtung Wirkflächen aufweist, derart, daß hierdurch und durch die aufgebaute Prozeßenergie, ein Reaktionsimpuls in den Expansionsraum (10) und im Sinne der Drehbewegung einer Abtriebswelle der angeschlossenen Expansionsmaschine erzeugt wird.12. The device according to at least one of the claims, characterized in that the device according to the invention has active surfaces, such that a reaction pulse in the expansion space ( 10 ) and in the sense of the rotational movement of an output shaft of the connected expansion machine is generated thereby and by the process energy built up.
13. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gegen die Medien bzw. Stoffe an allen abzudichtenden Flächen und Kanten, insbesondere an allen gleitend miteinander in Berührung stehenden Teile der Einrichtung, vor allem Dichtkörper zum Aufbau von geschlossenen Dichtgrenzen mit geringen Abmessungen und aus elastisch nachgiebigem und/oder auch starren bzw. hochtemperaturfestem Material, insbesondere keramischem Werkstoff verwendet werden. 13. Device according to at least one of the claims, characterized, that against the media or substances on all surfaces and edges to be sealed, especially on all parts of the slide that are in contact with each other Device, especially sealing body to build closed sealing limits with small dimensions and made of resilient and / or rigid or high temperature resistant material, especially ceramic material used become.  
14. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Prozeßablaufes mit einem, insbesondere hoch erhitzten, Medium bzw. Stoff in Kontakt stehenden Flächen eines Körpers aus einem Material intermetallischer Phase und/oder keramischen Substanzen bestehen.14. Device according to at least one of the claims, characterized, that the during the process with a, especially highly heated, medium or fabric-contacting surfaces of a body made of a material intermetallic phase and / or ceramic substances exist.
15. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (12) des Kolbens (13) (ex-)zentrisch bezüglich einer Mittelachse der inneren Mantelfläche (11) angeordnet ist.15. Device according to at least one of the claims, characterized in that the axis of rotation ( 12 ) of the piston ( 13 ) (ex-) is arranged centrally with respect to a central axis of the inner circumferential surface ( 11 ).
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung existiert, die eine ein- und/oder feststellbare Positionierung der Drehachse (12) des im Gehäusemantel gelagerten Kolbens (13) ermöglicht.16. The device according to claim 15, characterized in that a device exists which enables an on and / or lockable positioning of the axis of rotation ( 12 ) of the piston ( 13 ) mounted in the housing jacket.
17. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Beaufschlagungsfläche (7) des Kolbens (13) eine sich in peripherer Richtung erstreckende beweglich oder fest eingebrachte Mulde 8 mit oder ohne hochtemperaturfestem, insbesondere keramischem, Einsatzkörper vorgesehen ist, derart und in einem solchen Ausmaß, daß mit ihr wichtige Prozeßparameter eingestellt bzw. vorgewählt werden können.17. The device according to at least one of the claims, characterized in that in the loading surface ( 7 ) of the piston ( 13 ) a circumferentially extending movable or fixed recess 8 is provided with or without a high-temperature, in particular ceramic, insert body, such and to such an extent that important process parameters can be set or preselected with it.
18. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kolben (13) umgebenden seitlichen Mantelflächen aus zueinander planparallelen Flächensegmenten bestehen.18. Device according to at least one of the claims, characterized in that the lateral lateral surfaces surrounding the piston ( 13 ) consist of surface segments which are plane-parallel to one another.
19. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß in oder an der Öffnung (3, 9) Maßnahmen und Mittel zur Strömungsbeeinflussung bestehen, beispielsweise Wirbelbildner, Turbulenzerzeuger, Ventil(e). 19. Device according to at least one of the claims, characterized in that measures and means for influencing the flow exist in or at the opening ( 3 , 9 ), for example vortex formers, turbulence generators, valve (s).
20. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß eine (Betriebsmittel-)Zuführungs- und/oder Zündeinrichtung für Medien bzw. Stoffe angegliedert ist.20. Device according to at least one of the claims, characterized that a (resource) supply and / or ignition device for media or Substances is attached.
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