DE20080107U1

DE20080107U1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE20080107U1
Application number: DE20080107U
Authority: DE
Original assignee: DIRO Konstruktions GmbH and Co KG
Current assignee: DIRO Konstruktions GmbH and Co KG
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2010-06-17
Also published as: AU6424500A; DE19927382A1; WO2000077364A1

Description

Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit zumindest zwei achsparallelen, in entgegengesetzten Umdrehungsrichtungen aber mit gleicher Drehgeschwindigkeit antreibbaren, kammförmig ineinandergreifenden Schraubenspindeln, die zusammen mit einem sie mantelseitig dicht umschließenden Stator sich jeweils über einen Gewindeabschnitt erstreckende, weitgehend abgeschlossene Förderkammern bilden, die bei Drehung der Schraubenspindeln in axialer Förderrichtung von einer vorgeschalteten Verdichtungsstufe über eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung und eine Zündeinrichtung zu einer Expansionsstufe verschiebbar sind, wobei die Steigung des Gewindes der Schraubenspindel in der Verdichtungsstufe in Förderrichtung abnimmt und in der Expansionsstufe in Förderrichtung zunimmt.

Eine derartige Ausführungsform lässt sich der DE 33 32 707 A1 entnehmen. Bei dieser Brennkraftmaschine sind zwischen Verdichter und Expansionsteil Brennkammern vorgesehen, in die Brennstoff durch Düsen eingespritzt und durch Zündelektroden zur Zündung gebracht wird. Die Steigung der in den Rotoren gebildeten Schneckengänge nimmt im Verdichterteil ab, bleibt im Bereich der Brennkammern etwa gleich und nimmt im Expansionsteil zu.

Eine vergleichbare Ausführungsform lässt sich der DE 94 01 804 Ul entnehmen. Jedoch wird hier von den ineinandergreifenden Schraubenspindeln bereits ein Brennstoff-Luftgemisch angesaugt. Zwischen Verdichter und Expansionsteil sind ebenfalls Brennkammern vorgesehen, die in den geringvolumigsten Kompressionskammern ausgebildet sind und zwei Zündeinrichtungen aufweisen, die in den paarweise ausgebildeten Brennkammern die Verbrennung einleiten.

Die CH 464 606 sowie die DD 276 512 A1 zeigen weitere Schraubenkraftmaschinen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik Verbesserungen zu schaffen und insbesondere einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verbrennungsmotor wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen axialen, eine Kraftstoffverdampfungsstufe zwischen Verdichtungsstufe und Expansionsstufe bildenden Zwischenbereich, an dessen Anfang die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung und an dessen Ende die Zündeinrichtung vorgesehen sind, die die Förderkammern auf ihrem Verschiebeweg nacheinander passieren.

Erfindungsgemäß ist der Verbrennungsmotor somit in drei axiale Stufen, eine Verdichtungsstufe, eine Zwischenstufe und eine Expansionsstufe unterteilt. In der Verdichtungsstufe wird durch die abnehmende Steigung des Gewindes eine Verkleinerung der Förderkammern und somit eine Kompression erreicht. Die Zwischenstufe kann genutzt werden, um eine gewünschte zeitliche Entkopplung von Einspritzung und Zündung zu erreichen. Indem der Kraftstoff zunächst eingespritzt wird und in einer gewünschten Förderzeit in der Luft der Förderkammer verdampfen kann, kann ein hinreichend gutes Brennstoff-Luftgemisch nachfolgend von der Zündeinrichtung gezündet werden. In der Expansionsstufe nimmt aufgrund der Zunahme der Steigung des Gewindes das Volumen der Förderkammern zu, so dass die Expansion der Verbrennungsgase ein die Schraubenspindeln antreibendes Drehmoment hervorruft.

Die Steigung in der Verdichterstufe nimmt vorzugsweise stetig ab, so daß eine fortlaufende Kompression erzeugt wird. Die Steigung in der Expansionsstufe nimmt vorzugsweise stetig zu, so daß die expandierenden Gase fortlaufend ein Drehmoment erzeugen.

Der Stator kann beispielsweise durch eine sich über die axiale Länge des Verbrennungsmotors erstreckende Mantelkühlung gekühlt werden.

Vorteilhafterweise weisen die Förderkairanern keinen Gasauslaß auf. Weiterhin weisen sie vorteilhafterweise keinen Gaseinlaß auf, so daß lediglich Kraftstoff in die Förderkairanern eingespritzt wird. Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor kommt somit ohne weitere Verdichterkammern oder Brennkammern außerhalb der Schraubenspindeln aus.

In dem Zwischenbereich ist die Steigung des Gewindes vorteilhafterweise konstant; es sind jedoch auch Ausbildungen mit nicht konstanter Steigung in dem Zwischenbereich möglich, da dieser Zwischenbereich insbesondere zur Gewährleistung einer hinreichenden Verdampferzeit genutzt wird und eine Änderung der Größe der Förderkairanern zunächst nicht relevant ist.

Der als Dekompressor ausgebildete Motor kann eine sich über seine gesamte axiale Länge erstreckende Mantelkühlung und zusätzlich auch noch eine durch die jeweils als Hohlwelle ausgebildeten Schraubenspindeln hindurchgeführte Kühlung "*0 aufweisen.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

* Figur 1 in perspektivischer Darstellung einen Verbrennungsmotor mit teilweise aufgebrochenem

Figur 2

Mantelgehäuse;

den Verbrennungsmotor gemäß Figur 1 in Draufsicht mit hochgeklappter Motorabdeckung und

Figur 3

in vergrößertem Maßstab in Draufsicht eine Prinzipskizze von zwei miteinander kämmenden Schraubenspindeln.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Turbomaschine mit zwei achsparallelen, in entgegengesetzten Umdrehungsrichtungen aber mit gleicher Drehgeschwindigkeit antreibbaren, kairanförmig ineinandergreifenden Schraubenspindeln 1, 2, die in Lagern 3 gelagert sind und über Zahnräder 4 miteinander in Drehverbindung stehen.

"Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, nimmt in der Verbrennungsstufe 13 die Steigung des Gewindes der Schraubenspindeln 1, 2 in axialer Förderrichtung 8 zunächst ab. Gemäß den Figuren 1, 2 wird ein Minimum der Steigung etwa im Bereich der Einspritzvorrichtung 11 erreicht. In dem axialen Zwischenbereich 9 bleibt die Steigung gemäß Figur 1, 2 in etwa konstant, bis zu dem etwa am Ende des axialen Zwischenbereiches angeordneten Zündeinrichtungen 12. In der nachfolgenden Expansionsstufe 16 nimmt die Steigung in axialer Förderrichtung 8, wie insbesondere aus Figur 2 in dem links von den Zündeinrichtungen 12 gezeigten Bereich der Expansionsstufe ersichtlich ist, wieder zu.

Wie aus den Figuren ersichtlich ist, sind die Förderkammern 7 weitgehend abgeschlossen, wobei lediglich Kraftstoff eingespritzt und nachfolgend das Brennstoff-Luftgemisch gezündet wird. Es findet jedoch kein weiterer Gasaustausch mit der Umgebung statt.

Figur 3 läßt erkennen, daß die beiden Schraubenspindeln 1,

2 zusammen mit einem sie dicht umschließenden Stator 5 sich jeweils über einen Gewindeabschnitt 6 erstreckende, weitgehend abgeschlossene Förderkammern 7 bilden, die bei Drehung der Schraubenspindeln 1, 2 in axialer Förderrichtung 8 verschoben werden. In der axialen Förderrichtung 8 passieren die Förderkammern 7 der Schraubenspindeln 1, 2 nacheinander eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 11 und eine Zündeinrichtung 12.

Jeder Schraubenspindel 1, 2 ist ein drehfest mit ihr verbundener Verdichter 13 vorgeschaltet, der an einen Ansaugstutzen 14 angeschlossen ist und als Schraubverdichter ausgebildet ist.

Die nacheinander durch die Rotation der Schraubenspindeln 1, 2 angeförderten Förderkammern 7 öffnen sich gegenüber einer nachgeschalteten, mit dem Verdichter 13 auf der gleichen Schraubenspindel 1, 2 arbeitenden, die Arbeitsmaschine bildenden und in einen Auspuff 15 mündenden Expansionsstufe 16, in der das in den Förderkammern 7 aufbereitete und dann gezündete Kraftstoff/Luft-Gemisch Arbeit leistet.

Die Turbomaschine ist mit einer sich über ihre gesamte axiale Länge erstreckenden Mantelkühlung 17 ausgestattet. Zusätzlich kann noch eine durch die jeweils als Hohlwelle ausgebildeten Schraubenspindeln 1, 2 hindurchgeführte Kühlung 18 vorgesehen sein.

Die von dem Verdichter 13 über den Ansaugstutzen 14 angesaugte Luft kann auf z.B. 6 - 14 bar verdichtet und dann an die Förderkammern 7 der als axiale Transportvorrichtung arbeitenden Schraubenspindeln 1, 2 abgegeben werden. Letztere fördern die in den einzelnen Förderkammern 7 eingeschlossene, vorverdichtete Luft in axialer Förderrichtung 8 zu der Expansionsstufe 16, wobei auf dieser Förderstrecke das in den Förderkammern 7 eingeschlossene Luftvolumen mit

Kraftstoff vermischt und anschließend gezündet wird. Die
Expansion des verbrannten bzw. noch verbrennenden Arbeitsmediums
erfolgt dann in die Expansions stufe 16 hinein, in
der noch eine Nachverbrennung stattfinden kann. Dabei sollte zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades der motorseitige Luft/Brennstoff-Verdichtungsgrad größer sein als der auf der Kompressorseite. Für die Expansionsstufe 16 ist hierfür eine größere axiale Baulänge vorzusehen.

Claims

1. Verbrennungsmotor mit zumindest zwei achsparallelen, in entgegengesetzten Umdrehungsrichtungen aber mit gleicher Drehgeschwindigkeit antreibbaren, kammförmig ineinandergreifenden Schraubenspindeln (1, 2), die zusammen mit einem sie mantelseitig dicht umschließenden Stator (5) sich jeweils über einen Gewindeabschnitt (6) erstreckende, weitgehend abgeschlossene Förderkammern (7) bilden, die bei Drehung der Schraubenspindeln (1, 2) in axialer Förderrichtung von einer vorgeschalteten Verdichtungsstufe (13) über eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (11) und eine Zündeinrichtung (12) zu einer Expansionsstufe (16) verschiebbar sind, wobei die Steigung des Gewindes der Schraubenspindel in der Verdichtungsstufe (13) in Förderrichtung abnimmt und in der Expansionsstufe (16) in Förderrichtung zunimmt, gekennzeichnet durch einen axialen, eine Kraftstoffverdampfungsstufe zwischen Verdichtungsstufe (13) und Expansionsstufe (16) bildenden Zwischenbereich (9), an dessen Anfang die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (11) vorgesehen ist, die den Kraftstoff in eine der axial unter ihr vorbeigeschobenen, weitgehend abgeschlossenen Förderkammern (7) einspritzt, die dann auf ihrem axialen Verschiebeweg eine Zündeinrichtung (12) passiert, die am Ende des genannten Zwischenbereiches (9) vorgesehen ist.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung des Gewindes der Schraubenspindeln in dem axialen Zwischenbereich (9) konstant ist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Kühlung des Stators (5), vorzugsweise eine sich über die gesamte axiale Länge erstreckende Mantelkühlung (17).

4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung (18) auch durch die jeweils als Hohlwelle ausgebildeten Schraubenspindeln (1, 2) hindurchgeführt ist.