DE2544015A1 - DELAYED EXPANDING DRIVE MACHINE - Google Patents
DELAYED EXPANDING DRIVE MACHINEInfo
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Description
=»ATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OO ESSEK 1 · AM RUHRSTEIN 1 ■ TEL.: (0201) 4126 Seite C 45= »ATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OO ESSEK 1 · AM RUHRSTEIN 1 ■ TEL .: (0201) 4126 Page C 45
Howard R. Chapman Hidden Hills, Californien, V.St.AHoward R. Chapman Hidden Hills, California, V.St.A
Verzögert expandierende AntriebsmaschineDelayed expanding prime mover
Seit der Konzeption der ersten Brennkraftmaschine durch Reverand W. Cecil.. (1821), bei der im Versuchsstadium .. noch eine Mischung aus Wasserstoff und Luft zur Explosion gebracht wurde, haben Brennkraftmaschinen eine stürmische Entwicklung durchlaufen, und zwar bis zu der brauchbaren, jedbclmechanisch komplizierten heutigen Ausbildung. Im Zuge der Weiterentwicklung für Autoantriebe und andere Anwendungsfälle wurde die Brennkraftmaschine zur gegenwärtig meist verwendeten E ergiequelle.Since the conception of the first internal combustion engine through Reverand W. Cecil .. (1821), at the experimental stage .. still a mixture of hydrogen and air was made to explode, internal combustion engines are developing rapidly run through, up to the useful, every mechanical complicated today's education. In the course of further development for car drives and other applications the internal combustion engine was currently the most widely used source of energy.
Di.ese für die Menschheit außerordentlich nützliche Entwicklung ist jedoch nicht ohne entsprechend gravierende Probleme geblieben. Mit Zunahme der Zahl von Motoren stieg auch der Bedarf an höheren Abtriebsleistungen· Es ist heute durchaus üblich, daß Kraftfahrzeuge eine Leistung von mehr als 300 PS haben. Mit zunehmender Leistung stieg auch die mechanische Kompliziertheit der Maschine. Dadurch ergaben sich höhere Wartungsanforderungen, der Bedarf an besseren Materialien und beträchtlich höhere . roduktioTis- und Wartungskosten.This development is extraordinarily useful for mankind However, it has not remained without serious problems. As the number of engines increased, so did the need for higher ones Output power · It is quite common today for motor vehicles to have an output of more than 300 hp. With increasing Performance also increased the mechanical complexity of the machine. This resulted in higher maintenance requirements, the need for better materials and considerably higher ones. roduktioTis and maintenance costs.
Schwerwiegender jedoch als die mechanische Kompliziertheit und die Kosten derartiger Maschinen sind die Leistungseinbußen und die sich dadurch ergebende Multiplikation der schädlichen Abgase. Während der vergangenen Dekaden hat dieMore serious than the mechanical complexity and cost of such machines, however, is the loss of performance and the resulting multiplication of harmful emissions. Over the past few decades, the
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starke Zunahme der Zahl von in Betrieb befindlichen Verbrennungsmaschinen mit deren geringer Energieausbeute ein anderes Problem in den Brennpunkt des Interesses gerückt, nämlich die atmosphärische Verschmutzung. Diese atmosphärische Verschmutzung aus bekannten Verbrennungsmaschinen wurde zu einer Bedrohung der Volksgesundheit in der Welt. Darüberhin— aus führt der zunehmende Energiebedarf vor allem im Hinblick auf den schlechen Wirkungsgrad der Antriebsmaschinen rasch zu einer unerwünschten Abnahme der Ölvorräte in der Welt. Der Ölverbrauch betrug im Jahre 1960 etwa 120 Millionen hl. Für das Jahr 1990 wird ein Ölverbrauch von etwa 600 Millionen hl erwartet. Es sind daher Maßnahmenair Erhaltung der Ölvorräte in der Welt notwendig. Hierfür gibt es vor allem drei Möglichkeiten: (a) es müssen neue Energiequellen gefunden werden; (b) der Wirkungsgrad von Ölbrennäboffe verwendenden Maschinen muß beträchtlich verbessert werden; oder (c) der Energieverbrauch muß drastisch gekürzt werden.sharp increase in the number of internal combustion engines in operation with their low energy yield another problem has become the focus of interest, namely atmospheric pollution. This atmospheric pollution from known internal combustion engines has been increasing a threat to public health in the world. Furthermore— This is due to the increasing demand for energy, especially with regard to the poor efficiency of the prime movers rapidly to an undesirable depletion of oil supplies in the world. The oil consumption in 1960 was about 120 million St. For the year 1990 an oil consumption of about 600 million hl is expected. It is therefore a matter of conservation of the world's oil reserves. There are three main options for this: (a) New energy sources must be used being found; (b) the efficiency of oil fuels using Machines must be improved considerably; or (c) energy consumption must be drastically reduced.
Die Annahme einer Konsumverminderung an Energie ist· keine realistische Möglichkeit; obwohl die Entwicklung neuer Energiequellen, z.B. der Nuklear- oder Solarenergie, eine Möglichkeit ist, ist die Herstellung von mit derartigen Energien arbeitenden Antriebsmaschinen für den allgemeinen Gebrauch in naher Zukunft unwahrscheinlich. Der praktikabelste und vielversprechenste Weg der Energieeinsparung liegt daher in der Verbesserung des Wirkungsgrads von den mit Ölbrennstoff betriebenen" Maschinen.The assumption of a reduction in the consumption of energy is · none realistic possibility; although the development of new energy sources, e.g. nuclear or solar energy, is a possibility, is the manufacture of prime movers operating with such energies for general use in the near future unlikely. The most practical and most promising way of saving energy is therefore to improve the The efficiency of the "oil fuel" machines.
Von Bedeutung ist, daß der Wirkungsgrad von Brennteftmaschinen nach prozentualer Bremsleistung in direkter Beziehung zu den Verschmutzungseigenschaften der betreffenden Maschine steht. Es ist daher zu erwarten, daß eine Verbesserung des Maschinenwirkungsgrads auch zu entsprechenden Verringerungen der Atmosphärenverschmutzung führen wird. '■* It is important to note that the efficiency of Brennteftmaschinen based on the percentage of braking power is directly related to the pollution properties of the machine in question. It is therefore to be expected that an improvement in engine efficiency will also lead to corresponding reductions in atmospheric pollution. '■ *
Eine Maschine mit hohem Wirkungsgrad führt tatsächlich zu einer geringeren Atmosphärenverschmutzung als eine solche mit niedrigerem Wirkungsgrad, da weniger Brennstoff bei gleicherA machine with high efficiency actually results in less atmospheric pollution than one with lower efficiency because less fuel is used for the same
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zur Verfügung gestellter Leistung verbraucht wird..made available power is consumed ..
Die Erfindung wendet sich daher der Rahmenaufgabe zu, den Wirkungsgrad von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Antriebsmaschinen zu verbessern.The invention therefore addresses the framework task, the Improve the efficiency of fossil fuel powered prime movers.
Schlechte Wirkungsgrade ergeben sich auch bei der Ausnutzung von zur Verfügung stehender Wärmeenergie. Dies hat dazu beigetragen, daß nach der derzeitigen Praxis nahezu die gesamte in der Maschine erzeugte Wärme mit Ausnahme der zur teil— weisen Expansion der Verbrennungsgase benutzten Wärmeenergie, ungenutzt abgeleitet wird. Bei der Erfindung soll dieser, bisher ungenutzt geHiebene Teil der erzeugten Wärme zur Erhöhung des Wirkungsgrades ausgenutzt werden.Poor efficiencies also result from utilization of available thermal energy. This has contributed to almost all of the current practice heat generated in the machine with the exception of the thermal energy used to partially expand the combustion gases, is derived unused. In the invention, this, previously unused part of the generated heat is intended to increase the efficiency can be used.
Eine weitere Ursache für den schlechten Wirkungsgrad herkömmlicher Brennkraftmaschinen liegt in der unvollständigen Verbrennung. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades soll daher die erfindungsgemäße Antriebsmaschine so ausgebildet sein, daß der Brennstoff möglichst weitgehend verbrannt wird, irodemdurch einen unmittelbaren Kontakt der Brennstoff- und LuftmoleküleAnother cause of the poor efficiency of conventional Internal combustion engines lies in incomplete combustion. To increase the efficiency should therefore drive machine according to the invention be designed so that the fuel is burned as largely as possible, irodemdurch direct contact between fuel and air molecules
verbrennburn
während des gesamten- '. /ungsprozesses ein Abblasen, teilweise unverbrannter Kohlenwasserstoffe vermieden wird. Ab— , gase, wie Schwefeldioxid, Bleiverbindungen und Stickoxide sind mit dem Problem der Luftverschmutzung unmittelbar verbunden. Ein besonderes Problem stellen dabei die Stickoxide dar. Bei dem erfindungsgemäßen System sind die baulichen und funktionellen Charakteristiken so vorgesehen, daß die Stickoxidemission in die Atmosphäre reduziert wird. Für das Verständnis der Erfindung ist die Feststellung wichtig,: daß Stickstoffoxid nur sehr schlecht in Wasser löslich ist. Wenn demgegenüber Stickstofipsmactmit Wasser in Kontakt gebracht wird, zerfällt er in eine wässerige Lösung aus sJalpetriger Säure und Salpetersäure.throughout- '. / ungsprocess a blowing off, partially unburned hydrocarbons is avoided. Away- , gases such as sulfur dioxide, lead compounds and nitrogen oxides are directly linked to the problem of air pollution. The nitrogen oxides represent a particular problem. In the system according to the invention, the structural and functional characteristics provided so that the nitrogen oxide emission is reduced into the atmosphere. In order to understand the invention it is important to note: that Nitric oxide is very poorly soluble in water. On the other hand, when nitrogen ipsmact is brought into contact with water it breaks down into an aqueous solution of nitrate Acid and nitric acid.
Die volle Bedeutung dieser Tatsacheiyin Bezug auf die vorliegende Erfindung ergibt sich nach Kenntnis des Aufbaus und derThe full meaning of this fact in relation to the present Invention arises after knowledge of the structure and the
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems. Zunächst genügt die Feststellung, daß durch die Erfindung diese Tatsachen dazu ausgenutzt werden, um schädliche Abgase des Systems weitgehend zu eliminieren.Functioning of the system according to the invention. First of all, suffice it to say that the invention has made these facts can be used to largely eliminate harmful exhaust gases from the system.
Durch die Erfindung gelingt es ferner, ein Antriebssystem zur Verfugung zu stellen", bei dem die Eigenschaften bezüglich des Schadstoffausstosses kontrollierbar bzw. steuerbar sind..The invention also makes it possible to provide a drive system "in which the properties with respect to pollutant emissions are controllable or controllable ..
Außerdem soll der thermische Wirkungsgrad und die Ausbeute der zur Verfugung stehenden Brennstoffenergie gegenüber herkömmlichen Benzin- und Diesel-Brennkraftmaschinen wesentlich verbessert werden. Erfindungsgemäß wird eine Antriebsmaschine mit die Expansion verzögernden Eigenschaften vorgeschlagen, bei der eine oder mehrere Expansionskammern neben und getrennt von den Verbrennungsgasexpansionskammern angeordnet sind, aus deren Lage die nutzbare Arbeit aus den Brenngasen abgeleitet wird. Die Verbrennung wird in diesen relativ entfernten Brennkammern eingeleitet und abgeschlossen, wodurch bisher bei Systeneyvon vergleichbarer Art unerreichbare Verbrennungs— Wirkungsgrade erzielt werden.In addition, the thermal efficiency and the yield of the available fuel energy should be compared to conventional Gasoline and diesel internal combustion engines are significantly improved. According to the invention there is a prime mover Proposed with the expansion retarding properties, in which one or more expansion chambers next to and separately are arranged by the combustion gas expansion chambers, from whose location the useful work derived from the combustion gases will. The combustion is initiated and completed in these relatively distant combustion chambers, which has hitherto been the case Systeney of a comparable kind, unattainable combustion— Efficiencies can be achieved.
Die Brennkammer und die Ventile werden mit Wasser oder einem anderen geeigneten Kühlmittel in einem die Brennkammer umgebenden Kühlmantel gekühlt. Das in dieser Weise verwendete Kühlmittel, das im folgenden als Wasser bezeichnet wird, wird von den Maschinenteilen und dem Brennkammergehäuse auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um das Wasser in Dampf umschlagen zu lassen, wenn es in einen die Brennkammer umgebenden Wassermantel eingeleitet wird. Eine weitere Kühlung der Brennkammer überhitzt den Dampf.The combustion chamber and the valves are cooled with water or another suitable coolant in a cooling jacket surrounding the combustion chamber. That used in this way Coolant, which is referred to as water in the following, is transferred from the machine parts and the combustion chamber housing to a Heated temperature sufficient to turn the water into steam turn over when it is introduced into a water jacket surrounding the combustion chamber. Another cooling the combustion chamber overheats the steam.
Durch geeignete Ventilanordnungen werden die Brenngase und der überhitzte Dampf aus der Brennkammer bzw. dem Wassermantel in eine erste oder primäre Expansionskammer geleitet, in der die Dampf/Brennstoff-Kom ination zur Gewinnung der ersten StufeThe combustion gases and the superheated steam are removed from the combustion chamber or the water jacket by means of suitable valve arrangements passed into a first or primary expansion chamber, in which the steam / fuel com ination for obtaining the first stage
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einer brauchbaren Ausgangsleistung expandiert wird.a usable output power is expanded.
Nach der anfänglichen Expansion der Dampf/Brennstoff-Kombination in der primären Expansionskammer wird die restliche teilexpandierte Mischung in zwei sekundäre Expansionskammern geleitet, die auf beiden Seiten der primären Expansionskammer angeordnet sind. In diesen sekundären Expansionskammern wird die Gasmischung weiter expandiert, um einen hohen prozentualen Anteil der zur Verfügung stehenden Energie durch nahezu Totalexpansion dieser Gase zu gewinnen. Eine die primären und sekundären Expansionskammern miteinander verbindende gemeinsame Abtriebswelle bildet den Ausgang für die so gewonnene Leistung bzw. Energie.After the initial expansion of the steam / fuel combination in the primary expansion chamber, the remaining partially expanded mixture in two secondary expansion chambers conducted, which are arranged on both sides of the primary expansion chamber. In these secondary expansion chambers is the gas mixture continues to expand in order to gain a high percentage of the available energy by almost total expansion of these gases. One the primary and secondary expansion chambers interconnecting common The output shaft forms the output for the power or energy thus obtained.
Bei dem Gesamtsystem nach der Erfindung sind zwei Antriebsquellen der zuvor beschriebenen Art, nämlich eine Primärantriebsquelle als Hauptantrieb und eine Sekundärantriebsquelle zur Unterstützung der Primärmaschine beim Antrieb der Last und/oder für gewisse Hilfsausrüstungen vorgesehen. Diese Antriebsquellen sind in geeigneter Weise mit einem Wärmetauscher system und einer Vorrichtung zum Auffangen von Verunreinigungen verbunden und stehen mit einem Sterter, einem Überverdichter, einer Pumpe, Zuführeinrichtungen und anderen Vorrichtungen in Verbindung, die für die Funktionen des Gesamtsystems erforderlich sind.In the overall system according to the invention, there are two drive sources of the type described above, namely a primary drive source as the main drive and a secondary drive source intended to support the primary machine in driving the load and / or for certain auxiliary equipment. These Power sources are suitably provided with a heat exchanger system and a device for collecting contaminants connected and are available with a sterter, an overcompressor, a pump, feeders and other devices in connection that are required for the functions of the overall system.
Mit Hilfe dieses mit verzögerter Expansion arbeitenden Antriebssystems wird eine wesentlich erhöhte Leistungsausbeute und damit ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht und der Anschluß von Abgas-Steuergeräten überflüssig gemacht. Das erfindungsgemäße System ist kompakter Bauweise realisierbar und geeignet, anstelle von herkömmlichen Verbrennungsmaschinen in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen insbesondere dort eingesetzt zu werden, wo die Größe, das Gewicht und hohe Ausgangs drehmoment e von großer Bedeutung sind. Bei .dem erfindungs-· gemäßen System werden komplizierte Zündsysteme vermieden. Das System hat ausgezeichnete Beschleunigungseigenschaften; dabeiWith the help of this drive system, which works with delayed expansion, a significantly increased power output and thus an improved degree of efficiency is achieved and the connection of exhaust gas control devices is made superfluous. The system according to the invention can be implemented with a compact design and is suitable for use instead of conventional internal combustion engines in motor vehicles, aircraft and ships, in particular where the size, weight and high output torque e are of great importance. With the system according to the invention , complicated ignition systems are avoided. The system has excellent acceleration properties; included
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sind die Relativgeschwindigkeiten von benachbarten bewegten Teilen im Vergleich zu gewöhnlich«zulässigen Geschwindigkeiten gering. Die Verbrennung der Brennstoffe erfolgt in einem besonders konstruierten Verbrennungsraum vor der Ausnutzung der Verbrennungsprodukte bei der Gewinnung nutzbarer Energie.are the relative speeds of neighboring moving parts in comparison to usually «permissible speeds small amount. The fuel is burned in a specially designed combustion chamber before utilizing the combustion products in the production of usable energy.
Als Antriebsquelle findet vorzugsweise eine Rotationsmaschine Verwendung, jedoch können Hubkolbenvorrichtungen in dem Gesamtsystem zusätzlich verwendet werden.A rotary machine is preferably used as the drive source, but reciprocating piston devices can be used can also be used in the overall system.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail in the following description in conjunction with the drawing. Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Grundsystems der Erfindung;Figure 1 is a schematic view of the basic system of the invention;
Fig. 2 eine schematische Ansicht mit hin- und hergehenden Leistungskomponenten (Kolben);Fig. 2 is a schematic view with reciprocating Power components (pistons);
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf eineFig. 3 is a perspective view of a
Rotationsmaschinenanordnung nach der Erfindung ;Rotary machine assembly according to the invention ;
Fig. 4 eine Explosionsansicht der Rotationsmaschinenanordnung gemäß Fig. 3;FIG. 4 is an exploded view of the rotary machine assembly of FIG. 3;
Fig. 5 eine Schnittansicht der Rotationsmaschinenanordnung entlang der Schnittlinie 5-5 der Fig. 3;5 is a sectional view of the rotary machine assembly taken along section line 5-5 of FIG Fig. 3;
Fig. 6 einen Längsschnitt der Rotationsmaschinenan— Ordnung entlang der Schnittlinie 6-6 der Fig. 3 mit weggebrochenen Teil;6 is a longitudinal section of the rotary machine assembly taken along section line 6-6 of FIG. 3 with part broken away;
Fig. 7 eine Querschnittansicht durch eine Ventilplatte entlang der Schnittlinie 7-7 in Fig. 6, wobei Teile weggebrochen sind, um eine zweite Ventilplatte darzustellen; FIG. 7 shows a cross-sectional view through a valve plate along the section line 7-7 in FIG. 6, wherein Parts are broken away to show a second valve plate;
Fig·· 8 eine Querschnittansicht eines typischen Ventils aus Fig. 7;Figure 8 is a cross-sectional view of a typical valve from Fig. 7;
Fig. 9 eine vergrößerte Teilschnittansicht durch eine Rotor- und Schaufelanordnung entsprechend dem Kreis 9 in Fig. 5;Fig. 9 is an enlarged partial sectional view through a Rotor and blade arrangement corresponding to circle 9 in FIG. 5;
Fig.10 eine Ansicht auf eine Schaufel bzw. einen Flügel entlang der Schnittlinie 10-10 in Fig. 9 nach Drehung um 90 °und mit weggebrochenen Teilen zur Verang^^gl^gtyuijig ^r Ausbildung;10 shows a view of a blade or a wing along the section line 10-10 in FIG. 9 after rotation through 90 ° and with parts broken away to require ^^ gl ^ gtyuijig ^ r training;
Fig. 11 eine Draufsicht auf einen Flügel gemäß11 is a plan view of a wing according to
Fig. 10 in Richtung der Pfeile 11-11 mit einem weggebrochenen Teil;10 in the direction of arrows 11-11 with a part broken away;
Fig. 12 eine Schnittansicht auf einen Teil des Flügels entlang der Linie 12-12 in Fig. 10;Figure 12 is a sectional view of a portion of the wing taken along line 12-12 in Figure 10;
Fig. 13 eine Ansicht entlang der Linie 13-13 der Fig. 10;Figure 13 is a view taken along line 13-13 of Figure 10;
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht des die Schaufel tragenden Schuhs;14 is a perspective view of the shoe carrying the shovel;
Fig. 15 eine teilweise geschnittene vergrößerte Ansicht entlang der Linie 15-15 in Fig. 9;Fig. 15 is an enlarged view, partially in section, taken along line 15-15 in Fig. 9;
Fig. 16 eine weitervergrößerte Schnittansicht der in Fig. 15 mit dem Pfeil 16 bezeichneten Zone;FIG. 16 shows a further enlarged sectional view of the zone denoted by the arrow 16 in FIG. 15; FIG.
Fig. 17 eine Draufsicht auf einen typischen Brennraum nach der Erfindung mit weggebrochenen Teilen;17 is a top plan view of a typical combustion chamber of the invention with parts broken away;
Fig. 18 eine Schnittansicht des Brennraums nach Fig. 17;18 shows a sectional view of the combustion chamber according to FIG. 17;
Fig. 19 eine Draufsicht auf den Brennraum in Richtung der - Pfeile 19-19 der Fig. 17 mit weggebrochenen Teilen;19 shows a plan view of the combustion chamber in the direction of FIG Arrows 19-19 of FIG. 17 with parts broken away;
Fig. 20 eine schematische Darstellung des gesamten Antriebssystems nach der Erfindung unter Einbeziehung der Rotationsmaschinenteile;20 shows a schematic representation of the entire drive system according to the invention including the rotary machine parts;
Fig. 21 eine Ansicht auf einen erfindungsgemäß verwendeten Wärmetauscher;21 shows a view of a heat exchanger used according to the invention;
Fig. 22 einen vergrößerten Schnitt durch einen Flaiischbereich; 22 is an enlarged section through a flail area;
Fig. 23 und 24 Brennstoffenergie-Verteilungsdiagramme von Brennkraftmaschinen; undFigures 23 and 24 are fuel energy distribution diagrams of internal combustion engines; and
Fig. 25 ein Brennstoffenergie-Verteilungsdiagramm des erfindungsgemäßen Maschinensystems.Fig. 25 is a fuel energy distribution diagram of the machine system according to the invention.
Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit einem besonderen System beschrieben, das eine Vielzahl von selektiv kombinierten Komponenten enthält. Die verschiedenen Komponenten können in ihrer nachfolgend noch beschriebenen, Systembezogenen Anordnung zueinander im Rahmen des Erfindungsgedankens abgewandelt oder in weiterem Umfang verändert werden. Dies vor allem in dem Sinne, daß das System auf bestimmte Anwendungsfälle zugeschnitten wird. In the following, the invention will be described in connection with a particular system which includes a plurality of selectively combined components. The various components in their system-related arrangement to one another, which will be described below, can be modified or changed to a wider extent within the scope of the inventive concept. Above all in the sense that the system is tailored to specific applications .
Der mit verzögerter Expansion arbeitende Brennraum ist dasThe combustion chamber working with delayed expansion is that
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Herz des erfindungsgemäßen Systems. Die Konstruktion und die Funktion des Brennraums gewährleisten die angestrebte vollständige Verbrennung der Brennstoffe im Antriebsmaschinensystem und löst dadurch die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe.Heart of the system according to the invention. The construction and the function of the combustion chamber ensure the desired complete Combustion of the fuels in the drive engine system and thereby solves the problem on which the invention is based.
Fig. 1 zeigt das Grundschema des mit verzögerter Expansion arbeitenden Brennraums in Kombination mit dessen Kühlsystem, angeschlossen an den Leistungsaufnahme— und Umsetzabschnitt des Systems. Das Schema stellt ein typisches Ventilsystem zum Verbinden des Brennraums mit der Antriebsmaschineneinheit dar. Das Gesamtsystem ist mit dem Bezugszeichen 10, der Brennraumabschnitt mit 12 und der Antriebsmaschinenabschnitt mit 14 bezeichnet. Die Brennraum- und Maschinenabschnitte sind durch die gestrichelte Linie 16 unterteilt.1 shows the basic diagram of the combustion chamber operating with delayed expansion in combination with its cooling system, connected to the power consumption and conversion section of the system. The scheme represents a typical valve system for Connect the combustion chamber to the prime mover unit. The overall system is denoted by reference numeral 10, the combustion chamber section designated by 12 and the prime mover section by 14. The combustion chamber and engine sections are through the broken line 16 divided.
Der Brennraum 18 ist diejenige Einheit, in der die Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches nicht nur eingeleitet, sondern beendet wird. Der Brennstoff wird über eine Versorgungsleitung 24 in den Brennraum 18 eingeleitet. Unter Druck stehende heiße Luft aus den Expansionskammern, die nachfolgend beschriäaen werden, wird über Luftleitungen 26 und 27 eingeführt. Die Verbrennung beginnt aufgrund der Kompressionshitze beim Einführen der Brennstoff/Luft-Mischung, unterstützt im notwendigen Umfang, insbesondere während der Anlaßperioden, durch eine Glühkerze (nicht gezeigt).The combustion chamber 18 is the unit in which the combustion of the fuel / air mixture is not only initiated, but is terminated. The fuel is introduced into the combustion chamber 18 via a supply line 24. Pressurized hot Air from the expansion chambers, which are described below is introduced via air lines 26 and 27. The burn begins due to the heat of compression upon insertion the fuel / air mixture, supported to the necessary extent, especially during the starting periods, by a glow plug (Not shown).
Vorgewärmtes Wasser wird in einen een Brennraum 18 umgebenden Wasserraum 22 geleitet. Der den Wassermantel bildende Raum 22 ist außen durch eine Wand 20 begrenzt. Das Wasser gelangt durch eine Leitung 28 in den Wasserraum 22 und wird dort ruckartig zu Dampf. Aus dem Brennraum 18 in den Wasserraum 22 übertragene zusätzliche Wärme bewirkt eine'Überhitzung des Dampfs.Preheated water is in a combustion chamber 18 surrounding it Water space 22 passed. The space 22 forming the water jacket is delimited on the outside by a wall 20. The water gets through a line 28 into the water space 22 and there is jerky to steam. Transferred from the combustion chamber 18 into the water chamber 22 additional heat causes the steam to overheat.
Sobald der Verbrennungsvorgang in der Brennkammer 18 beendet und der Dampf im Wassermantel 22 überhitzt ist, werden sowohl die Verbrennungsgase als auch der Dampf aus ihren entsprechenden Kammern über Leitungen 30, 31, 32 und 33 übertragen. Kontroll-As soon as the combustion process in the combustion chamber 18 has ended and the steam in the water jacket 22 is overheated, both transfer the combustion gases as well as the steam from their respective chambers via lines 30, 31, 32 and 33. Control
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ventile 34 und 35 sind jeweils in den Leitungen 32 und 33 und Ventile 36 und 37 in den einmündenden Leitungen 38 und 39 zur Steuerung des Dampf- und BrenngasStroms angeordnet. Die sich ergebende Gas/Dampf-Mischung wird sodann in eine primäre Expansionskammer 40 eingeleitet, in der eine Vorexpansion stattfindet. Die aus dieser Expansion gewonnene Ausgangsleistung kann an der Kurbelwelle 42 abgenommen werden.valves 34 and 35 are in lines 32 and 33, respectively and valves 36 and 37 arranged in the opening lines 38 and 39 for controlling the steam and fuel gas flow. The resulting gas / vapor mixture is then introduced into a primary expansion chamber 40 for pre-expansion takes place. The output power obtained from this expansion can be taken from the crankshaft 42.
Die Gase werden in der Antriebseinheit 40 soweit als möglichThe gases are in the drive unit 40 as far as possible
-ionsexpandiert und danach in die sekundär ei Expanskammern bzw. Antriebseinheiten 48 und 50 über Leitungen 44 und 45 und Steuerventile 46 und 47 geleitet. Die Kurbelwellen der sekundären Antriebseinheiten 48 und 50 sind mit der von der Antriebseinheit 40 angetriebenen Kurbelwelle 42 einteilig oder verbunden, so daß sich die Abtriebsleistungen der drei Antriebseinheiten additiv überlagern. Zu diesem Zweck sind die Abtriebsvorrichtungen innerhalb der Antriebseinheiten 48 und 50 gegenüber der Abtriebsvorrichtung der Antriebseinheit 40 um 180 ° phasenversetzt.-ion-expanded and then into the secondary ei expansion chambers or Drive units 48 and 50 passed via lines 44 and 45 and control valves 46 and 47. The crankshafts of the Secondary drive units 48 and 50 are integral with the crankshaft 42 driven by the drive unit 40 or connected, so that the output powers of the three drive units are additively superimposed. To this end are the output devices within the drive units 48 and 50 opposite the output device of the drive unit 40 out of phase by 180 °.
Die expandierten Verbrennungsgase und der Dampf in den Antriebseinheiten 48 und 50 werden über Ventile 56 und 57 abgeleitet. Während diese Ventile offen sind, tritt Frischluft aus dem Aufladeverdichter über Kontrollventile 63 und 64 ein, verdrängt die Auspuffgase aus den Antriebseinheiten 48 und 50 und sorgt während des Kompressionshubes der Antriebseinheiten 48 und 50 für eine Eirführung von Frischluft über die Leitungen 26 und 27 und die Kontrollventile 54 und 55 in den Brennraum 18. Die durch Kompression der Frischluft erzeugt Wärme erhöht die Temperatur der Luft innerhalb des Brennraums soweit, daß die Verbrennung eingeleitet wird, sobald Brennstoff injiziert wird, das heißt, die Verdichtung wird soveLt getrieben, bis die Zündtemperatur erreicht ist. Dies geschieht ähnlicher Weise wie beim Dieselmotor.The expanded combustion gases and steam in the propulsion units 48 and 50 are diverted through valves 56 and 57. While these valves are open, fresh air comes in from the supercharger via control valves 63 and 64, displaces the exhaust gases from the drive units 48 and 50 and provides for an introduction of fresh air during the compression stroke of the drive units 48 and 50 Via the lines 26 and 27 and the control valves 54 and 55 into the combustion chamber 18. The compression of the fresh air generates heat increases the temperature of the air inside the combustion chamber to such an extent that combustion is initiated, as soon as fuel is injected, i.e. the compression is driven until the ignition temperature is reached. This is done in a similar way to the diesel engine.
Aufgrund des LuftüberSchusses im Brennraum und wegen des Sauerstoff Überschusses, der die Verbrennung unterstützt, ist der Wirkungsgrad des Systems vergrößert.Because of the excess air in the combustion chamber and because of the oxygen Any excess that supports the combustion increases the efficiency of the system.
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Obwohl es erwünscht ist, daß die in den Brennraum eingeleitete Luft zumindest relativ frei von Auspuffstoffen ist, ist es wichtig, daß ein SauerstoffÜberschuß in den den Wärmetauscher erreichenden Auspuffgasen vorhanden ist. Daher wird bei dem beschriebenen System ein Teil dejr restlichenAlthough it is desirable that the air introduced into the combustion chamber is at least relatively free of exhaust materials, it is important that there is an excess of oxygen in the Exhaust gases reaching the heat exchanger is present. Therefore, in the system described, part of the remainder becomes
über die heißen Gase aus den Antriebseinheiten 48 und 50 Leitungen 52 bzw. 53 und Kontrollvehtile 54 und 55 in die Leitungen 26 und 27 eingeführt, um als Druckluftquelle in den Brennraum 18 zurückgeleitet zu werden. Die überschüssigen Auspuff stoffe werden über die Leitungen 56 und 57 sowie über · die zugehörigen Steuerventile 58 und 59 abgeleitet. Wie nachfolgend noch genauer erläutert werden wird, unterstützt der überschüssige Sauerstoff die Umwandlung des Stickstoffoxid in Stickstoffdioxid zur rlachfoIgenden Absorption durch das Wasser.via the hot gases from the drive units 48 and 50 lines 52 or 53 and control valves 54 and 55 are introduced into the lines 26 and 27 in order to be used as a compressed air source in the combustion chamber 18 to be returned. The excess exhaust materials are discharged via lines 56 and 57 as well as via the associated control valves 58 and 59 derived. As will be explained in more detail below, supported the excess oxygen causes the conversion of nitrogen oxide to nitrogen dioxide for subsequent absorption the water.
In Beipaßleitungen 26a und 27a sind Überdruckventile 60 und 61 vorgesehen, die den Brennraum 18 vor Überdruck schützen. Kontrollventile 62 und 63 sind in den Leitungen 64 und 65 angeordnet, die zu den Antriebseinheiten 48 und 50 führen und mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Aufladeverdichter verbunden sind, um verdichtete Luft in die Sekundärkammern einzuführen. Dadurch werden die Antriebseinheiten 48 und 50 von Ausp'uffgasen gereinigt, während die VentileOverpressure valves 60 and 61 are provided in bypass lines 26a and 27a, which protect the combustion chamber 18 from overpressure. Control valves 62 and 63 are arranged in the lines 64 and 65, which lead to the drive units 48 and 50 and are connected to a supercharging compressor, not shown in the drawing, to compressed air into the secondary chambers to introduce. As a result, the drive units 48 and 50 are cleaned of exhaust gases, while the valves
58 und 59 geöffnet sind, und es wird während des Kompressionshubs der Antriebseinheiten über die Leitungen 26 und 27 Frischluft in den Brennraum 18 geleitet, wenn die Ventile 58 und58 and 59 are open and there is fresh air via lines 26 and 27 during the compression stroke of the drive units passed into the combustion chamber 18 when the valves 58 and
59 geschlossen sind.59 are closed.
Ein wesentliches Merkmal dieses mit verzögerter Expansion arbeitenden Kammersystems besteht darin, daß der im Brennraum 18 stattfindende Verbrennungsprozeß unter echt konstanten Volumenbedingungen zu Ende geführt werden kann und während dieser Verbrennungsphase keine Gasexpansion zugelassen wird. Hierin unterscheidet sich das beschriebene System geradezu konträr von dem Verbrennungszyklus in einer herkömmlichen Brennkraftmaschine, bei der die Expansion der zu verbrennenden Gase unmittelbar nach deren Zündung beginnt und während desAn essential feature of this working with delayed expansion chamber system is that the in the combustion chamber 18 taking place combustion process can be carried out under real constant volume conditions to the end and during no gas expansion is allowed in this combustion phase. This is where the system described differs contrary to the combustion cycle in a conventional one Internal combustion engine in which the expansion of the gases to be burned begins immediately after their ignition and during the
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gesamten Verbrennungsprozesses fortgesetzt wird.entire combustion process is continued.
Tatsächlich kann der Verbrennungsprozeß in einem solchenIndeed, the combustion process can take place in such a
fich e aus dem Vorhandenseinfich e from the presence
von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden in den Abgasen von Brennkraftmaschinen ergibt. Der Grund für das Vorhandensein derartiger unverbrannter Produkte wird klar, wenn man berücksichtigt, daß bei der Expansion von Gasen, so während des Verbrennungsprozesses bei einer herkömmlichen Brennkraftmaschine, die Temperatur absinkt, während die Temperatur zu^nehmen würde, wenn die Gase während des Verbrennungsprozesses auf konstantem Volumen gehalten würden. Eine derartige Temperaturabnahme ist für den Verbrennungsvorgang ungünstig. Außerdem werden die Sauerstoff— und Brennstoffmoleküle während einer solchen Expansion weiter voneinander getrennt und können sich schlechter vereinigen als im Falle der JJaItung von konstanten Volumenverhältnissen. Tatsächlich kommen viele Moleküle überhaupt nicht zur Kombination und machen daher einen Abschluß eines optimalen Verbrennungsprozesses unmöglich. of unburned hydrocarbons and carbon monoxides results in the exhaust gases from internal combustion engines. The reason for the presence of such unburned products becomes clear when one takes into account that during the expansion of gases, so during the combustion process with a conventional internal combustion engine, the temperature drops while the temperature would increase ^ if the gases constant volume during the combustion process would be held. Such a decrease in temperature is unfavorable for the combustion process. Also be the oxygen and fuel molecules further separated and can during such expansion unite worse than in the case of the YYES of constant volume ratios. In fact, many molecules do not combine at all and therefore do it is impossible to complete an optimal combustion process.
Demgegenüber wird bei der Erfindung das Volumen der Brennkammer 18 niemals geändert. Daher findet in diesem konstanten Kammervolumen eine vollständige Verbrennung statt, wähaaid die Expansionsvorrichtung im Maschinenteil des Systems eine Drehung von angenähert 180 ° macht. Es läßt sich daher sagen, daß die Expansion der verbrennenden Gase über einen derartigen Zyklus verzögert wird. Diese Gase werden erst nach dieser Verzögerung und nach der vollständigen Verbrennung in die Expansionskammer geleitet.In contrast, in the invention, the volume of the combustion chamber 18 is never changed. Hence it takes place in this constant Chamber volume a complete combustion takes place, wähaaid the expansion device in the machine part of the system makes a rotation of approximately 180 °. It can therefore be said that the expansion of the burning gases is retarded over such a cycle. These gases are only released after this delay and passed into the expansion chamber after complete combustion.
Dies führt zu einem Verbrennungsprozess,bei dem die Temperatur und der Druck im Brennraum unmittelbar nach Einleitung der Verbrennung anzusteigen beginnen. Dies führt wiederum zu einem Temperatur- und Druckanstieg von erhöhter Intensität. Diese Intensität der Verbrennungsphänoraene erhöht sich fortlaufendThis leads to a combustion process in which the temperature and the pressure in the combustion chamber begin to rise immediately after the combustion is initiated. This in turn leads to a Rise in temperature and pressure of increased intensity. This intensity of the combustion phenomena increases continuously
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mit zunehmender Temperatur, und die vorhandenen Sauerstoff- und Brennstoffmoleküle kommen wegen des höheren Drucks zu einer stärkeren Annäherung, wodurch die Wahrscheinlichkeit ihrer Vereinigung im Verlauf des Verbrennungsprozesses wächst. Die Zeitverzögung während diese Vorgangs führt zu einem weiteren Vorteilhaften Faktor, der darin besteht, daß den Brennstoffmolekülen ausreichend Zeit zur Kombination mit den überschüssigen Sauerstoffmolekülen zur Verfügung steht, wodurch eine vollständige Verbrennung und ein Ausstoß von Verbrennungsprodukt! ohne unverbrannte Kohlenwasserstoff oder Kohlen-, monoxide gewährleistet wird.with increasing temperature, and the oxygen and fuel molecules come closer to each other because of the higher pressure, increasing the likelihood of their Association grows in the course of the combustion process. The time lag during this process leads to another Advantageous factor, which is that the fuel molecules sufficient time is available to combine with the excess oxygen molecules, whereby a complete combustion and an emission of combustion product! without unburned hydrocarbons or carbon monoxides is guaranteed.
Die trotz der vollständigen Verbrennung gebildeten Stickoxide werden in einem weiteren Teil des Systems eliminiert, der weiter unten beschrieben wird. Der mit verzögerter Expansion arbeitende Brennraum führt also zu einer drastischen. Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades und der Brennstoff ausnutzung und stellt ein Maschinensystem dar, das praktisch verschmutzungsfrei arbeitet. Wie weiter unten noch genauer beschrieben werden wird, ist durch das System der verzögerten Verdichtung zusätzlich die Möglichkeit geschaffen, einen Teil der an den Brennraumwänden vorbeigeführten Wärme nutzbringend weiterzuverwenden. Diese Art Wärme ■ geht normalerweise bei Brennkraftmaschinen verloren. Die unter derartigen Umständen auftretenden Wärmeverluste betragen gewöhnlich etwa 30 % der Brennstoffenergie, und diese Energie wird im Kühlsystem verbraucht. Bei dem vorliegenden System wird die Wärme jacioch im Wassermantel 22 aufgrund der Umwandlung des Wassers in unter hohem Druck stehenden Dampf ausgenutzt. Die auf diese Weise gewonnene Energie wird sodann zur Unterstützung des Maschinenantriebs verwendet. Angenähert 50 % der auf diese Weise gewonnenen Wärme wird in durch die Primärmaschine nutzbare Energie umgesetzt. Weitere 20% werden in der Zusatzmaschine ausgenutzt. Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems ist dadurch wesentlich verbessert.The nitrogen oxides formed in spite of complete combustion are eliminated in a further part of the system, which is described below. The combustion chamber working with delayed expansion thus leads to a drastic one. Improvement of the combustion efficiency and the fuel utilization and represents a machine system that works practically without pollution. As will be described in more detail below, the delayed compression system also creates the possibility of further utilizing part of the heat conducted past the combustion chamber walls. This type of heat is normally lost in internal combustion engines. The heat losses under such circumstances are usually about 30 % of the fuel energy and this energy is consumed in the cooling system. In the present system, the heat in the water jacket 22 is utilized due to the conversion of the water into steam under high pressure. The energy obtained in this way is then used to support the machine drive. Approximately 50 % of the heat obtained in this way is converted into energy that can be used by the primary machine. Another 20% is used in the additional machine. This significantly improves the efficiency of the overall system.
Es ist daraufhinzuweisen, daß die Grundprinzipien des be-It should be pointed out that the basic principles of
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schriebenen Systems sowohl bei RotafcLonsmaschinen als auch bei Kolbenmaschinen verwendtbar sind. Obwohl das beschriebene System vorzugsweise bei Rotationsmaschinen angewendet wird und die Erfindung auch nachfolgend an Hand von Rotationsmaschinen genauer beschrieben wird, zeigt das in Pig. 2 dargestellte schematische System eine typische Anwendung der Erfindung auf einen Kolbenmotor.written systems for both RotafcLon machines and can be used in piston engines. Although the system described is preferably applied to rotary machines and the invention is also described in more detail below with reference to rotary machines, this is shown in Pig. 2 The schematic system shown shows a typical application of the invention to a piston engine.
Das als ganzes mit 70 bezeichnete System weist einen Brennraum 72 auf. Der nur aus Anschaulichkeitsgründen von dem. Brennraum 72 getrennt dargestellte Wassermantel 74 umgibt an sich den Brennraum im wesentlichen in der in Fig. 1 dargestellten Weise. Ähnlich der Operationsweise des Systems nach Fig. 1 nimmt der Brennraum 72 Brennstoff über die Leitung 76 und Luft über die Leitungen 78 und 79 auf. Der Luftzustrom wird von den Ventilen 80 und 81 gesteuert. In einer Auslaßleitung 82 ist ein Ventil 84 angeordnet, das den AusLaß von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum 72 zu einem Primärzylinder 86 steuert.The system designated as a whole with 70 has a combustion chamber 72 on. The only for the sake of clarity of that. Combustion chamber 72 surrounds separately shown water jacket 74 per se the combustion chamber essentially in the manner shown in FIG. Similar to the operation of the In the system of FIG. 1, combustion chamber 72 receives fuel through line 76 and air through lines 78 and 79. The air flow is controlled by the valves 80 and 81. A valve 84 is arranged in an outlet line 82, which controls the outlet of combustion gases from the combustion chamber 72 to a primary cylinder 86.
Der Wassermantel 74 wird über eine Leitung 88 gespeist, und der überhitzte Dampf verläßt den Wassermantel 74 durch eine Auslaßleitung 90 und ein Ventil 92. Ein Überdruckventil 91 ist in einer Leitung 93 zwischen dem Brennraum 72 und dem Wassermantel 74 eingeschaltet, und Überdruckventile 94 und 95 sind so angeordnet, daß sie .im Überdruckzustand Gase über Leitungen 96 und 97 zu zwei Sekundärzylindern 98 und 100 leiten können.The water jacket 74 is fed via a line 88, and the superheated steam leaves the water jacket 74 through an exhaust line 90 and a valve 92. A pressure relief valve 91 is in a line 93 between the combustion chamber 72 and the water jacket 74 turned on, and pressure relief valves 94 and 95 are arranged so that they. In the overpressure state Can conduct gases via lines 96 and 97 to two secondary cylinders 98 and 100.
Zwei Frischluft-Zuführleitungen 102 und 103 sind mit Kontrollventilen 104 und 105 versehen, die die Frischluftzufuhr zu den Sekundärzylinder 98 und 100.steuern.Two fresh air supply lines 102 and 103 have control valves 104 and 105, which control the supply of fresh air to the secondary cylinders 98 and 100.
Kanäle 106 und 107 in/dem die Primär- und Sekundärzylinder aufnehmenden Gehäuse 108 führen von dem Primärzylinder 86 zu den Sekundärzylinder 98 und 100· In den Kanälen 106 und 107 sind SteuerventileHOund 111 eingebaut. Abgaskanäle und 113 aus den Sekundärzylindern 98 bzw· 100 werden durchChannels 106 and 107 in / to the primary and secondary cylinder accommodating housing 108 lead from the primary cylinder 86 to the secondary cylinder 98 and 100 · in the channels 106 and 107, control valves 111 are installed hound. Exhaust ducts and 113 from the secondary cylinders 98 and 100 are through
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zwei Ventile 114 bzw. 115 gesteuert·two valves 114 or 115 controlled
Ein Primärkolben 116 ist im Primärzylinder 86 auf einer Kurbelwelle 117 verschieblich gelagert. Zwei Sekundärkolben 118 und 119 and jeweils^en Sekundär zylindern 98 und 100 verschieblich angeordnet. Sie sind ebenfalls an der Kurbelwelle 117 gelagert und treiben diese im Zusammenwirken mit den vom Kolben 116 abgeleiteten Rotationskräften an. A primary piston 116 is slidably mounted in the primary cylinder 86 on a crankshaft 117. Two secondary flasks 118 and 119 and respectively ^ en secondary cylinders 98 and 100 displaceably arranged. They are also mounted on the crankshaft 117 and drive them in cooperation with the rotational forces derived from the piston 116.
Im BeteLeb wird Frischluft von einem Aufladeverdichter den Sekundärzylindern 98 und 100 über die Leitungen 102 und zugeführt, während sich die Kolben 118 und 119 angenähert in ihrer unteren Totpunktlage befinden. Bei der Aufwärtsbewegung der Kolben wird die Luft kompiLmiert und durch die in den Leitungen 78 und 79 angeordneten Kontrollventile 81 und 81 in den Brennraum 72 getrieben. Durch die Leitung 76 wird Brennstoff in die Brennkammer 72 injiziert, und die Luft/Brennstoff-Mischung wird von der sich aus der Luftverdichtung ergebenden hohen Temperatur im Zusammenwirken mit einem den Brennraum 72 auskleidenden katalytischem Material und einer nicht dargestellten Glühkerze gezündet. Da das Ventil 84 zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist,läuft die Verbrennung ohne Volumenänderung vollständig ab, und zwar im wesentlichen so, wie sie anhand von Fig. 1 beschrieben worden ist.In the BeteLeb, fresh air is supplied by a supercharger Secondary cylinders 98 and 100 via lines 102 and fed as pistons 118 and 119 approach are in their bottom dead center position. As the pistons move upwards, the air is compiled and transported through the control valves arranged in lines 78 and 79 81 and 81 driven into combustion chamber 72. Fuel is injected into combustion chamber 72 through line 76, and the The air / fuel mixture is combined with the high temperature resulting from the compression of the air ignited a catalytic material lining the combustion chamber 72 and a glow plug (not shown). Since that Valve 84 is closed at this point, the Combustion ceases completely without a change in volume, essentially as described with reference to FIG. 1 has been.
Dem Wassermantel 74 wird über die Leitung 88 Wasser zugeführt; dieses Wasser kühlt die Außenseite des Brennraums und wird bei Kontakt/ mit diesem in Hochdruckdampf umgesetzt.Water is supplied to water jacket 74 via line 88; this water cools the outside of the combustion chamber and is converted into high-pressure steam on contact with it.
Die Luft/Brennstoff-Mischung wird im. ι Brennraum 72 gezündet, wenSich der Kolben 116 etwa in der unteren Totpunktlage befindet· Die Verbrennung wird fortgesetzt, bis der Kolben etwa seine obere Totpunktlage erreicht, wodurch eine Kolbenbewegung um 180 ° während des Verbrennungsprozesses stattfindet. Das Ventil 84 wird sodann geöffnet und läßt die Hochdruckgase in den Zylinder 86 entweichen., wodurch der Kolben 116 aufgrundThe air / fuel mixture is in the. ι Combustion chamber 72 ignited when the piston 116 is approximately in the bottom dead center position. The combustion is continued until the piston approximately reaches its top dead center position, whereby a piston movement of 180 ° takes place during the combustion process. The valve 84 is then opened and allows the high pressure gases to escape into the cylinder 86
der Gasexpansion abwärts getrieben wird. Bei absinkendem Druck in dem Brennraum 72 übersteigt der Druck des im Wassermantel 74 befindlichen Dampfs die das Kontrollventil 92 normalerweise geschlossen haltende Kraft, wodurch das Ventil 92 geöffnet wird. Dadurch kann der Dampf durch diethe gas expansion is driven downwards. When the pressure in the combustion chamber 72 drops, the pressure of the im exceeds Water jacket 74, the force holding the control valve 92 normally closed, whereby the Valve 92 is opened. This allows the steam to pass through the
Auslaßleitung 90 und über das Kontrollventil 92 entweichen, entleert den Brennraum und gelangt über die Leitung 82 und das Ventil 84 in den Zylinder 86, wodurch das Abwärtsdrücken des Kolbens 116 unterstützt wird. Über^dies werden von dem Dampf die Brenngase aus dem Brennraum ausgetrieben, wodurch die Aufnahme einer neuen Frischluftfüllung vorbereitet wird. Sot^ld der Kolben 116 die untere Totpunktlage erreicht hatbefinden sich die Sekundärkolben 118 und 119 in ihrer oberen Totpunktlage, und die Abgase in den Zylindern 98 und 100 sind durch die Abgaskanäle 112 bzw. 113 und die dort eingebauten , Ventile 114 und 115 ausgetrieben. Relativ frische Luft wird entsprechend der Einstellung der Kontrollventile 80 und 81 über die Leitungen 78 und 79 in den Brennraum 72 geleitet. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ventile 110 und 111 geöffnet und lassen die im Primärzylinder 86 vorexpandierten Gase über die Kanäle 106 und 107 in die Sekundärzylinder 98 und 100 entweichen. Dadurch werden die Kolben und 119 entsprechend dem Druck der Gase in den zugehörigen Zylindern abwärts getrieben. Der Kolben 116 bewegt sich gleichzeitig aufwärts und treibt die Gase vollständig aus dem Zylinder 86 aus.Outlet line 90 and escape via control valve 92, empties the combustion chamber and passes via line 82 and valve 84 into cylinder 86, whereby the downward pressing of piston 116 is supported. Via this, the combustion gases are expelled from the combustion chamber by the steam, which prepares the reception of a new fresh air charge. When the piston 116 has reached the bottom dead center position, the secondary pistons 118 and 119 are in their top dead center position, and the exhaust gases in the cylinders 98 and 100 are expelled through the exhaust gas ducts 112 and 113 and the valves 114 and 115 installed there. Relatively fresh air is fed into the combustion chamber 72 via the lines 78 and 79 in accordance with the setting of the control valves 80 and 81. At this point in time, the valves 110 and 111 are open and allow the gases pre-expanded in the primary cylinder 86 to escape via the channels 106 and 107 into the secondary cylinders 98 and 100. This will force the pistons 12 and 119 downward according to the pressure of the gases in the associated cylinders. The piston 116 simultaneously moves upward and completely expels the gases from the cylinder 86.
Das Ventil 84 wird während des Entladetakts des Zylinders geschlossen. Dies verhindert in Verbindung mit der verbrennungsabhängigen Druckerhöhung in dem Brennraum 72, daß die Gase in den Brennraum zurückströmen. Sobald die Kolben 118 und 119 die untere Totpunktlage erreichen, werden die Ventile 114 und 115 geöffnet und geben die jetzt praktisch vollständig entspannten Gase frei. Da die Sekundärzylinder wesentlich größer als der Primärzylinder sind, wird nur ein Teil ihres Volumens zur Kompression der in den Brennraum 72 eintretenden Gase benötigt. Daher wir<* angenähert die erste Hälfte des Korapressions- The valve 84 is closed during the discharge stroke of the cylinder. In conjunction with the combustion-dependent pressure increase in the combustion chamber 72, this prevents the gases from flowing back into the combustion chamber. As soon as the pistons 118 and 119 reach the bottom dead center position, the valves 114 and 115 are opened and release the gases which are now practically completely relaxed . Since the secondary cylinders are significantly larger than the primary cylinder, only part of their volume is required to compress the gases entering the combustion chamber 72. Therefore we <* approximate the first half of the corapression
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takts zum Austreiben der Auspuffgase aus den Zylindern und t der Resthub zu Kompressionszwecken ausgenutzt. Die Ventile 114 und 115 werden zu einem geeigneten Zeitpunkt geschlossen um diesen Vorgang zu ermöglichen.takts to expel the exhaust gases from the cylinders and t the remaining stroke is used for compression purposes. Valves 114 and 115 are closed at an appropriate time to enable this process.
Bei dieser Anordnung ist jeder Abwärtshub jedes der Kolben ein Antriebshub. Eine V-6 Anordnung mit zwei Reihen von Drei-Zylinder-Gruppen der zuvor beschriebenen Art erzeugt die gleiche Leistung wie eine herkömmliche V-8 Brennkraftmaschine, jedoch bei wesentlich höherem Wirkungsgrad.With this arrangement, each downward stroke of each of the pistons is a drive stroke. A V-6 arrangement with two rows of Three-cylinder groups of the type described above produce the same performance as a conventional V-8 internal combustion engine, but with significantly higher efficiency.
Dieses System kann auch an eten Viertaktmotor angepaßt werden, in^dem die Ventilanordnung so geändert wird, daß eine Verzögerung um 360 ° im Brennraum stattfindet, bevor die Expansionsphase eingeleitet wird. Unter solchen Umständen werden die üblichen Ansaug-, Arbeits-, Ausstoß- und Verdichtungstakte verwendet. Es ist außerdem unter Umständen erwünscht, daß nur ein Sekundärkolben und -Zylinder zusammen mit der Primärkolben -Zylinder-Einheit verwendet wird. In diesem Falle sollte der Sekundärzylinder- angenähert die doppelte Größe der in Fig. 2 dargestellten Sekundäreinheit bei gleicher Größe der Primäreinheit haben.This system can also be adapted to a four-stroke engine, in which the valve arrangement is changed so that a delay of 360 ° takes place in the combustion chamber before the expansion phase is initiated. In such circumstances, the usual intake, work, discharge and compression strokes are used. It may also be desirable that only a secondary piston and cylinder is used together with the primary piston-cylinder unit. In this case the Secondary cylinder - approximately twice the size of that shown in Fig. 2 shown secondary unit with the same size of the primary unit.
Der Maschinenteil des erfindungsgernäßen Systems ist im einzelnen in den Fig. 3 bis 19 dargestellt, wobei die G^amtmaschine in den Fig. 3 und 4 dargestellt und mit 120 bezeichnet ist. Die Maschine weist drei Hauptabschnitte, einen zentralen oder primären Hauptrotor- und Brennraumabschniit 122 und zwei sekundäre Rotorabschnitte 124 und 126 auf, die den Hauptrotorabschnitt auf beiden Seiten flankieren. Da die beiden Sekundärrotorabschnitte 124 und 126 gewöhnlich identisch ausgebildet sind, mit der Ausnahme, daß der eine Linksausführung und der andere eine Rechtsausführung ist, wird im folgenden nur ein derartiger Abschnitt beschrieben. Demgemäß gelten die Bezugszeichen und Angaben in gleicher Weise für beide Abschnitte. Es ist unter Umständen noch erwünscht, daß nur ein Sekundärrotorabschnitt zusammen mit einem Primärrotorabschnitt verwendet wird. In diesem Falle sollte der Sekundärrotorabschnitt größer sein The machine part of the system according to the invention is shown in detail in FIGS. 3 to 19, the overall machine being shown in FIGS. 3 and 4 and denoted by 120. The engine has three main sections, a central or primary main rotor and combustion chamber section 122 and two secondary rotor sections 124 and 126 flanking the main rotor section on either side. Since the two secondary rotor sections 124 and 126 are usually identical with the exception that one is left-hand and the other is right-hand, only one such section will be described below. Accordingly, the reference symbols and information apply in the same way to both sections. It may still be desirable that only one secondary rotor section be used with one primary rotor section. In this case, the secondary rotor section should be larger
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als der in Fig. 4 dargestellte Rotorabschnitt. Dabei ist die dem Sekundärrotorabschnitt gegenüberliegende Stirnseite des Primärrotorgehäuses 128 nahezu geschlossen.than the rotor section shown in FIG. In this case, the end face of the opposite the secondary rotor section is Primary rotor housing 128 almost closed.
Der Hauptrotor-Brennraumabschnitt 122 weist das oben erwähnte Zylindrische Gehäuse 128 auf, das in Fig. 4 mit weggebrochenen Teilen gezeigt ist, um die zugehörigen Bauteile zu zeigen. In einer Innenfläche 129 des Gehäuses (Fig. 5) sind acht axialverlaufende Kanäle 130 ausgebildet.The main rotor combustion chamber section 122 has the above-mentioned cylindrical housing 128, which is broken away in FIG Parts is shown to show the associated components. In an inner surface 129 of the housing (Fig. 5) are eight axially extending Channels 130 formed.
Im zylindrischen Gehäuse 128 ist ein Rotor 132 auf einer Kurbelwelle 134 oszillierend gelagert bzw· gehaltert. Die Kröpfung 136 der Kurbelwelle 134 durchgreift den Rotor 132 axial.In the cylindrical housing 128 there is a rotor 132 on a crankshaft 134 mounted or held in an oscillating manner. The crank 136 of the crankshaft 134 extends axially through the rotor 132.
Im Rotor 132 sind acht Flügel 138 und 138a bis g gelagert, welche bezüglich des Rotors 132 hin- und herbeweglich sind. Der Rotor und die Flügel sind in Fig. 4 in perspektivischer Verkürzung dargestellt. Selbstverständlich erstrecken sie sich über die volle Länge des Gehäuses 128 zur relativen Bewegung in diesem.Eight vanes 138 and 138 a to g, which can be moved to and fro with respect to the rotor 132, are mounted in the rotor 132. The rotor and the vanes are shown in Fig. 4 in a shortened perspective. Of course they extend the full length of the housing 128 for relative movement therein.
Außerdem sind im Rotor 132 mehrere, im vorliegenden Fall 8, dünne Kurbeln 140 mit jeweils einer Kurbelwelle 142, zwei Kröpfungen 144 und einem Kurbelabschnitt 146 angeordnet. Diese Konstruktion ist am besten in Fig. 5 zu sehen.In addition, in the rotor 132 there are several, in the present case 8, thin cranks 140, each with a crankshaft 142, two Offsets 144 and a crank portion 146 arranged. This construction is best seen in FIG.
Zwischen dem Gehäuse 128, dem Rotor 132 und den zugehörigen Flügeln 138 sind mehrere .Expansionskammern 150 und 150a bis g gebildet, deren Volumen sich bei Bewegung des Rotors 132 entlang der Orbitalbahn auf der Kurbelwelle 14 2 entsprechend der Einstellung der kleinen Kurbeln 140 ändern.Between the housing 128, the rotor 132 and the associated vanes 138, several expansion chambers 150 and 150a to g are formed, the volume of which changes when the rotor 132 moves along the orbital path on the crankshaft 14 2 according to the setting of the small cranks 140.
Die Flügel 138 und dec Rotor 132 sind genauer in den Fig. 9 bis 14 dargestellt. Typische Flügel 138 und 138h sind in Fig. 12 gezeigt. Sie sind im Zylindergehäuse 128 beweglich gelagert, wobei der Rotor 132 relativ zu ihnen beweglich ist. Jeder Flügel weist mehrere von relativ beweglichen Teilen auf. The blades 138 and rotor 132 are shown in greater detail in FIGS. 9-14. Typical blades 138 and 138h are shown in FIG. They are movably mounted in the cylinder housing 128 , the rotor 132 being moveable relative to them . Each wing has a plurality of relatively movable parts.
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Ein Mittelabschnitt 152 (Fig. 10) weist Nuten 154 und 156 in den zugehörigen Karten bzw. Randbereichen 158 und 160 auf; Eine Zunge 162 mit geneigten Kanten 164 und 166 erstreckt sich von einer dritten Seite des Mittelabschnitts 152 (Fig. 13). Kanten,wie diejenige bei 168, verlaufen von dem Grund der Nuten 154 und 156 auswärts unter denselben Winkeln zu-' einander wie die beiden Seiten des Mittelabschnitts 152.A central portion 152 (Fig. 10) has grooves 154 and 156 in the associated cards and edge regions 158 and 160, respectively; A tongue 162 with sloped edges 164 and 166 extends from a third side of the central portion 152 (Fig. 13). Edges, such as that at 168, extend outward from the bottom of the grooves 154 and 156 at the same angles- ' each other like the two sides of the middle section 152.
An die .Ränder 158 und 160 des Mittelabschnitts 152 schließen sich zwei Seitenabschnitte 170 und 172 an, die an ihren äußeren Enden gemeinsam eine Nut l^gdefinieren; diese Nut hat eine halbkreisförmige Krümmung, an Fig. 13 zu sehen ist, endet die Schaufel bzw. der Flügel 138 an den Randkanten 174a und 174b kurz vor der Kontaktgabe mit der Innenfläche des Gehäuses 128.Close to the edges 158 and 160 of the central section 152 two side sections 170 and 172 adjoin, which together define a groove l ^ g at their outer ends; this groove has a semicircular curvature, can be seen in Fig. 13, the blade or the wing 138 ends at the marginal edges 174a and 174b shortly before contact is made with the inner surface of housing 128.
Der Seitenabschnitt 170 weist neben einem Abschnitt der Nut 174 auch ein^ zungenförmiges Bauteil 176 auf, das von seinem Innenrand 178 ausgeht und gleitend in die Nut 156 des Mittel— abschnitts 152 eingreift. In ähnlicher Weise weist auch der Seitenabschnitt 172 eine Zunge 180 auf, die von einer Kante 182 ausgeht und gleitend in die Nut 154 des Mittelabschnitts 152 einfaßt.In addition to a section of the groove 174, the side section 170 also has a tongue-shaped component 176, which is supported by its Inner edge 178 extends and slidably engages in groove 156 of central section 152. Similarly, the Side portion 172 has a tongue 180 which extends from an edge 182 and slides into the groove 154 of the central portion 152 borders.
An dem unteren Ende des Flügels 138 ist ein U-förmiger Flügelträgerschuh 184 angeordnet. Er weist einen zwei Seiten 188 und 190 verbindenden Stegteil 186 auf, wobei zwischen den beiden Seiten eine Nut 192 g&Lldet ist. Die Nut 192 nimmt die Zunge 162 des Mittelabschnitts 152 in satter Gleitpsesung auf.At the lower end of the wing 138 is a U-shaped wing support shoe 184 arranged. It has a web part 186 connecting two sides 188 and 190, wherein between the a groove 192 g & Lldet is on both sides. The groove 192 takes the Tongue 162 of the middle section 152 in full sliding position.
In der Nut 192 ist zwischen dem Stegteil 186 und dem Rand 164 der Zunge 162 ein Paar von Keilen 194 und 196 angeordnet. Von den Enden des Flügelträgerschuhs 184 erstrecken sich Vorsprünge 198 und 200 auswärts, von denen jeder zwei konvex gekrümmte Oberflächen 202 und 203 mit einem Gewindeloch 204 aufweist, das zwischen dem Außenende der zugehörigen Vorsprünge und der Nut 192 kommuniziert· Eine Druckfeder 206A pair of wedges 194 and 196 are arranged in the groove 192 between the web portion 186 and the edge 164 of the tongue 162. Extending outwardly from the ends of the wing support shoe 184 are projections 198 and 200, each of which has two convex curved surfaces 202 and 203 with a threaded hole 204 communicating between the outer end of the associated projections and the groove 192
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ist in jedem der Gewindelöcher 204 aufgenommen. Jede der Druckfedern drückt gegen den entsprechenden Keil 194 und 196 und wird durch eine Feder 208 zusammengedrückt. Die Keile werden dadurch einwärts gedrückt und bewirken, daß sich der mittlere Flügelabschnitt 152 aufwärts und von dem Stegteil 186 des Trägerschuhs 184 wegbewegt. Dies geschieht aufgrund der Nockenwirkung zwischen dem Keil 194 und dem Zungen— rand 164. Durch diese Wirkung werden die Seitenabschnitte 170 und 172 des Flügels aufwärts und unter Einwirkung der winkligen Seiten der aufeinaderliegenden Flügelabschnitte auswärts gedrückt werden.is received in each of the threaded holes 204. Each of the Compression springs press against the corresponding wedge 194 and 196 and are compressed by a spring 208. The wedges are thereby pushed inwardly causing the central wing portion 152 to move up and away from the web portion 186 of the carrier shoe 184 moved away. This happens because of the cam action between the wedge 194 and the tongue edge 164. By this action, the side sections 170 and 172 of the wing upwards and under the action of the angled sides of the wing sections lying one on top of the other pushed outwards.
Die Ansätze 198 und 200 liegen in zwei Ringnuten 210 und 212, die in den Seitenwänden ausgebildet sind, und werden in diesen Nuten durch zwei Trägerschuhe 214 und 216 (letztere nicht gezeigt) gehalten.The lugs 198 and 200 lie in two annular grooves 210 and 212 which are formed in the side walls, and are in these Grooves held by two support shoes 214 and 216 (the latter not shown).
Jeder Flügelträgerschuh (Fig. 14) weist eine konkav gekrümmte Fläche 218 auf, die der Krümmung der Innenseite der Nute angepaßt ist und auf dieser im Gleitsitz läuft. Die entgegengesetzte Seite 220 ist ebenfalls konkav geformt und schmiegt sich an die gekrümmte Oberfläche 203 des Ansatzes 198 oder 200 an, die sie abstützt. Ein Ende 222 des Lagerschuhs bzw. 216 stößt gegen die Bodenfläche der Nut 110 oder 112, während das gegenüberliegende Ende 222 gegen die benachbarte Schulter 223 oder 224 des Lagerschuhs 184 stößt. Wenn der Rotor 132 die Flügel gleitend vor- und zurückführt, lagern die in den Nuten 210 und 212 vor- und zurücklaufenden Trägerschuhe 214 und 216 den Flügel 138 über die Ansätze bzw. Vorsprünge 198 und 200, wobei die Schuhe hin— und herlaufen und die Ansätze sich in den Schuhen in der in Fig. 9 dargestellten Weise geeignet bewegen.Each wing support shoe (Fig. 14) has a concavely curved Surface 218 which is adapted to the curvature of the inside of the groove and runs on this in a sliding fit. The opposite Side 220 is also concave in shape and hugs the curved surface 203 of the projection 198 or 200 that it supports. One end 222 of the bearing shoe or 216 abuts against the bottom surface of the groove 110 or 112, while the opposite end 222 abuts against the adjacent shoulder 223 or 224 of the bearing shoe 184. If the Rotor 132 sliding the blades back and forth support the carrier shoes moving back and forth in grooves 210 and 212 214 and 216 the wing 138 over the lugs 198 and 200 with the shoes moving back and forth and the lugs move appropriately in the shoes in the manner shown in FIG.
In der Nut 174 am äußeren Ende jedes Flügels 138 ist eine Dichtlippe 225 angeordnet, deren eine Fläche »halbkreisförmig. geformt und gleitend in der Nut 174 gehalten ist. Die andere Oberfläche 227 der Dichtlippe ist gekrümmt, um eine Gleitbewegung und dichtende Anlage an der Innenfläche 129 desIn the groove 174 at the outer end of each wing 138 there is a sealing lip 225, one surface of which is »semicircular. molded and slidably held in groove 174. The other surface 227 of the sealing lip is curved for sliding movement and sealing engagement with the inner surface 129 of the
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zylindrischen Gehäuses 128 zu erleichtern» Die Krümmung der Dichtfläche 227 hat in üblicher Ausführung einen Radius gleich der Hälfte der Länge des Flügels 138. Auch die gekrümmten unteren Oberflächen 203 der Ansätze 198 und 200 mit den gekrümmten Paßflächen 220 der Flügellagerschuhe 214 und 216 haben diesen Radius.cylindrical housing 128 to facilitate »The curvature of the sealing surface 227 has a Radius equal to half the length of the wing 138. Also, the curved lower surfaces 203 of the lugs 198 and 200 with the curved mating surfaces 220 of the wing hinge shoes 214 and 216 have this radius.
Wie am besten in den Fig. 10 und 11 zu sehen ist, ist jede Dichtlippe 225 in üblicher Ausführung, jedoch nicht notwendiger Weise, mit einer Einstellvorrichtung versehen, die eine Sektordichtung aufweist, deren erster Abschnitt 228 mit einer Nut 230 und einem Hohlraum 232 versehen ist. Ein zweiter Abschnitt 234 weist eine Verlängerung 236 auf, die verschieblich in der Nut 230 angeordnet ist und einen mit dem Hohlraum 232 ausgerichteten Hohlraum 238 enthält. In den in Ausrichtung stehenden Hohlräumen 232 und 238 ist eine Druckfeder 240 eingesetzt, die normalerweise die beiden Dichtabschnitte auseinanderzudrängen sucht und dadurch eine Abdichtung zwischen den entsprechenden Enden 242 und 244 der Dichtlippe 222 und den angrenzenden Kammerwänden hervorruft.As can best be seen in FIGS. 10 and 11, each sealing lip 225 is of conventional design, but not more necessary Way, provided with an adjustment device having a sector seal, the first section 228 is provided with a groove 230 and a cavity 232. A second section 234 has an extension 236, slidably disposed in groove 230 and including a cavity 238 aligned with cavity 232. A compression spring 240 is inserted into aligned cavities 232 and 238, which is normally the two Seeks to push sealing sections apart and thereby create a seal between the corresponding ends 242 and 244 of the Sealing lip 222 and the adjacent chamber walls causes.
Die Flügel 138 sind daher in jeder Hinsicht einstellbar, wodurch die Wisch- und Dichteigenschafen an den Kontaktstellen mit den Gehäuseoberflächen verbessert werden.The wings 138 are therefore adjustable in all respects, whereby the wiping and sealing properties at the contact points can be improved with the housing surfaces.
Der Rotor 132 weist, wie am besten in den Fig. 5, 9 und 15 zu sehen ist, einen Kopf 246, eine Ringplatte 248 und einen zentralen . Na*benabschnitfc 250 auf. Ein separates Lagerteil 252 sitzt mit Preßpassung im Nabenteil 250 und ist auf die Kröpfung 136 der Kurbelwelle 134 aufgesteckt. Der Rotor 132 weist T-förmige Ausnehmungen 254 zur Aifiiahme der Flügel 138 und der im folgenden zu beschreibenden Flügelträger auf. Die Ringplatte 248 ist außerdem mit acht Bohrungen 256 zur Aufnahme der Kröpfungen der kleinen Kurbelteile 140 versehen. The rotor 132, as best seen in FIGS. 5, 9 and 15, has a head 246, an annular plate 248 and a central. Hub section 250 on. A separate storage part 252 is seated with a press fit in the hub part 250 and is pushed onto the crank 136 of the crankshaft 134. The rotor 132 has T-shaped recesses 254 for the attachment of the wings 138 and the wing carrier to be described below. The ring plate 248 is also with eight holes 256 for The crankings of the small crank parts 140 are accommodated.
Grundsätzlich müssen zur Minimalisierung von Heißgas- undBasically, to minimize hot gas and
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Dampf-Lecksirömen aus den Expansionskammern 150 die Kammerdichtungen wirksam dichten. Es muß daher besonderes Augenmerk auf die Ausführung von Dichtungen gerichtet werden, die in der Lage sind, Leckströme zwischen dem Rotor, den Flügeln und den Seitenwänden der Expansionskammer zu verhindern. Flügeldichtungen und Seitenwanddichtungen sind zu diesen Zwecken vorgesehen. Die Oberflächen solcher Dichtungen und - soweit möglich - die entsprechenden Gegenflächen sollten vor der Benutzung geläppt werden. Die Dichtungsecken sollten überdies nicht abgeschrägt werden. Von Bedeutung für die Dichtungseigenschaften dieses Systems ist die Tatsache, daß kein Flügel zu irgendeinem Zeitpunkt über eine Dichtfläche läuft, die von einem anderen Flügel berührt wird. Die Paßflächen werden im Betrieb durch Abnutzung zunehmend glatter, wodurch die Dichteigenschaften verbessert werden.Steam leaks from the expansion chambers 150 through the chamber seals seal effectively. It must therefore be paid special attention to the execution of seals that are able to prevent leakage currents between the rotor, the blades and the side walls of the expansion chamber. Wing seals and sidewall seals are among these Purposes. The surfaces of such seals and - as far as possible - the corresponding mating surfaces should lapped before use. In addition, the sealing corners should not be chamfered. Of concern to the Sealing properties of this system is the fact that no wing at any time has a sealing surface that is touched by another wing. The mating surfaces become increasingly smoother during operation due to wear, whereby the sealing properties are improved.
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Jeder Abschnitt des Motorkopfs 246 weist zwischen den entsprechenden Ausnehmungen 254 mehrere Nuten 258 - in diesem Falle drei - auf jeder auf. Jede dieser Nuten 258 hat eine in Längsrichtung angeordnete Wellenfeder 260, die auf dem Nutgrund angeordnet ist. Eine Seitenwanddichtung 262 in jeder Nut steht fest mit der Wellenfeder 260 in Berührung, wobei ihre Außenkante zur Anlage an der Seitenwand der Expansionskammer freiliegt. Diese Seitenwanddichtungen sind so geformt, daß sie satt und dichtend in die Nuten 258 einfassen. Sie können aus irgendeinem geeigneten Dichtmaterial, z.B. aus Graphit, graphithaltigen Metallen oder anderen Materialien mit geeigneten Schmierungs- und Fähigkeitseigenschaften hergestellt werden. Die Dichtungen 262 erstrecken sich auf beiden Seiten über die T-förmigen Ausnehmungen 254 hinaus und werden von den Wellenfedern 260 (Fig. 9 und 15) ständig gegen die Expansionskammerwände gedrückt.Each section of the motor head 246 faces between corresponding ones Recesses 254 several grooves 258 - in this case three - on each. Each of these grooves 258 has one in the longitudinal direction arranged wave spring 260, which is arranged on the groove bottom. A sidewall seal 262 in each Groove is firmly in contact with the wave spring 260, its outer edge being exposed to rest against the side wall of the expansion chamber. These sidewall seals are shaped to that they fit snugly and tightly into the grooves 258. They can be made of any suitable sealing material, e.g. Graphite, graphite-containing metals, or other materials with suitable lubrication and ability properties will. The seals 262 extend beyond the T-shaped recesses 254 on both sides and are constantly pressed against the expansion chamber walls by the wave springs 260 (FIGS. 9 and 15).
In dem äußeren Bereich jeder T-förmigen Ausnehmung 254 und verkeilt zwischen dem Rotorkopf 246 und dem benachbarten Flügel 138 ist ein Flügeldxchtungstragerblock 264-angeordnet, der drei Abschnitt mit einem Mittelabschnitt 264a und zwei Seitenabschnitt 264b und 264c, die nachfolgend auch als linke und rechte Abschnitt bezeichnet werden, aufweist. Der Mittelabschnitt 264a ist gemäß Fig. 15 als Keil mit zwei Schrägflächen ausgebildet. Die Schrägflächen 266 und 267 jedes Abschnitts 264 sind den linken und rechten Abschnitten 264b und 264c angepaßt, so daß bei Einwirkung einer Kraft radial einwärts auf den Mittelabachnitt 264a die Seitenabschnitt 264b und 264c aufgrund der Keilwirkung des Mittelabschnitts 264a gegen die Seitenwände des Gehäuses und gegen die Seite des benachbarten Flügels 138 gedrängt werden.In the outer region of each T-shaped recess 254 and wedged between the rotor head 246 and the adjacent one Wing 138 is a wing cover support block 264-arranged, the three section with a central section 264a and two side sections 264b and 264c, which are also referred to below as the left and right portion are designated. The middle section 264a is shown in FIG. 15 as a wedge with two inclined surfaces educated. The sloping surfaces 266 and 267 of each section 264 are the left and right sections 264b and 264c adapted so that when a force is applied radially inward on the central portion 264a, the side portion 264b and 264c due to the wedge action of the middle section 264a against the side walls of the housing and against the side of the adjacent wing 138.
Jeder Abschnitt des Flügeldichtungstragerblocks 264 weist in seiner Fläche 268 mehrere Nuten 270 auf. Jede dieser Nuten enthält einen Wellenfederabschnitt 272 und ein Dichtungssegment 274. Der Wellenfederabschnitt und das Dichtungssegment sind so geformt, daß sie innerhalb des zugehörigen Trägerblockab- Each portion of the wing seal support block 264 has a plurality of grooves 270 in its surface 268. Each of these grooves includes a wave spring portion 272 and a sealing segment 274. The wave spring portion and the sealing segment are shaped so that they are within the associated support block ab-
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Schnitts in die Nut passen· Obwohl die Nuten 270 in den verschiedenen Blockabschnitten beim Einbau genau ausgerichtet · werden, kann die Abnutzung der Teile und die Einstellung durch eine noch zu beschreibende Vorrichtung manchmal zu einer Fehlausrichtung führen. In diesem Falle rutschen die Blockabschnitte Federn und Dichtungen einfach entlang den Flächen 266 und übereinander und bleiben in dichtendem gegenseitigen Eingriff·Cut to fit into the groove · Although the grooves 270 in the different Block sections are precisely aligned during installation, which can result in wear and tear on the parts and adjustment a device to be described sometimes leads to misalignment to lead. In this case, the block portions of springs and seals simply slide along surfaces 266 and on top of each other and remain in sealing mutual engagement
In jedem Falle sind die Wellenfederabschnitte27 2 und die Dichtsegmente 274 in derselben Nut prinzipiell so ausgebildet, wie dies in Zusammenhang mit den Federn 260 und den Seitendichtungen 262 innerhalb der Rotorkopfnuten 258 beschrieben worden ist. Die Wellendichtungen 272 drücken mit konstanter Kraft gegen die Dichtung 274 und bewirken deren kräftige Anlage an den Flügeln 138.In either case, the wave spring sections 27 are 2 and the sealing segments 274 formed in the same groove, in principle, as in connection with the springs 260 and the side seals 262 has been described within the rotor head grooves 258 is. The shaft seals 272 press with a constant force against the seal 274 and cause it to abut strongly the wings 138.
Es ist zu erkenne^ daß die linken und rechten Trägerblöcke 264b und 264 c an .ihren Seitenflächen zusätzlich drei Nuten 276 im Rotorblock 132 enthalten. Daher erstrecken sich die Dichtungen 262, welche in den Nuten 258 angeordnet sind, über den Rand des T-Abschnitts 254 hinaus und in die Nuten 276, wobei die Enden 278 der Dichtung 262 derart konkav gekrümmt sind, daß sie auf die konvex gekrümmten Enden 280 der Dichtsegmente passen. Durch diese Dichtungsanordnung ist der gesamte Rotorkopf 246 zusammen mit den Flügeldichtungsträgerblöcken 264 vollständig umgeben von einer Reihe von federbelasteten Dichtungen. Dadurch wird eine vollständige Umfangsdichtung für den Rotorkopf geschaffen, die zum dichten Abschluß der zwischen dem Rotorkopf, den Flügeln und dem Zylindergehäuse 128 gebildeten Kammern 150 beiträgt.It can be seen that the left and right support blocks 264b and 264c three additional grooves 276 on their side surfaces contained in rotor block 132. Thus, the seals 262, which are located in the grooves 258, extend over the edge of the T-section 254 out and into the grooves 276, the ends 278 of the seal 262 being concave so that they fit onto the convexly curved ends 280 of the sealing segments. The entire rotor head is through this sealing arrangement 246 along with wing seal support blocks 264 completely surrounded by a series of spring loaded seals. This creates a full perimeter seal for the rotor head is created, which is used to seal the seal formed between the rotor head, the blades and the cylinder housing 128 Chambers 150 contributes.
Von dem Rand des Rotorkopfs 246 erstreckt sich an jeder der T-förmigen Ausnehmungen eine Umfangslippe 282, welche die Flügeldichtungsträgerblöcke 264 festhält und eine Bewegung derselben nach außen über den Rotorkopf hinaus verhindert.Extending from the edge of the rotor head 246 at each of the T-shaped recesses is a circumferential lip 282, which the Retains blade seal support blocks 264 and prevents movement of the same outwardly beyond the rotor head.
Außerdem sind die Flügeldichtungsträgerblöcke 264 mit einerIn addition, the wing seal support blocks 264 are provided with a
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Einstellvorrichtung versehen, die ihre Einstellung in der Radialrichtung erleichert. Diese Einstellvorrichtung wird durch eine einstellbare Keilanordnung 284 gebildet, die in zwei Kanälen angeordnet ist. Wie in Fig. 16 dargestellt ist, erstreckt sich ein erster Kanal 286 von einer Seite der Ringplatte 248 rechtwinklig nach innen in Richtung der ' Rotormittellinie und endet innerhalb des Kopfs 246. An dem innen gelegenen Ende des Kanals trifft er auf einen zweiten Abschnitt, der mit 288 bezeichnet ist und rechtwinklig zum Kanal 286 verläuft. Der Kanal 288 ist am Rande des Kopfs 246 offen und mit einer trichterförmigen Ausnehmung 290 innerhalb des Flügeldichtungsträgerblocks 264a ausgerichtet. In dem Kanal 288 ist ein kurzer Stift mit spitz zulaufenden Enden 292a und 292b angeordnet. Ein zweiter kurzer Stift 294 mit einem spitz zulaufenden Ende 294a ist im Kanal 286 •angeordnet, wobei die zugespitzten Enden der beiden Stifte 292 und 294 keilförmig aneinander angreifen. Eine Druckfeder 296 drückt gegen die dem spitzen Ende des Stifts 294 gegenüberliegende Stiftseite und wird durch eine in dem Kanal 286 eingeschraubte Schraube 298 zusammengedrückt.Provided adjusting device that facilitates their E instellung in the radial direction. This adjustment device is formed by an adjustable wedge assembly 284 which is arranged in two channels. As shown in FIG. 16, a first channel 286 extends at right angles inward from one side of the ring plate 248 toward the rotor centerline and terminates within the head 246. At the inboard end of the channel it meets a second section, the is designated 288 and is perpendicular to the channel 286. The channel 288 is open at the edge of the head 246 and is aligned with a funnel-shaped recess 290 within the wing seal support block 264a. A short pin with tapered ends 292a and 292b is arranged in the channel 288. A second short pin 294 with a tapering end 294a is arranged in the channel 286, the tapered ends of the two pins 292 and 294 engaging one another in a wedge shape. A compression spring 296 presses against the pin side opposite the pointed end of the pin 294 and is compressed by a screw 298 screwed into the channel 286.
Durch diese einstellbare Keilanordnung kann unter Verstellung der Schraube 298 der Stift 292 im Kanal 288 nach außen in Richtung des Dichtungsträgerblocks 264a verstellt werden. Das zugespitzte Ende 292a des Stifts 292 erstreckt sich in die Ausnehmung 290 und drückt gegen einen Innenteil der nach außen erweiterten Wand. Dadurch wird der Flügeldichtungsträgerblock 264 radial einwärts belastet. Diese Bewegung des Mittelabschnitts 264a drängt den linken Abschnitt 264b und den rechten Abschnitt 264c auswärts, wodurch eine gute Dichtung.an den zugehörigen Dichtflächen erzielt wird· Eine derart einstellbare Keilanordnung 284 ist zur Einstellung jedes der sechzehn Dichtungsträgerblöcke vorgesehen.With this adjustable wedge arrangement, the pin 292 in the channel 288 can be moved outwards into Direction of the seal carrier block 264a can be adjusted. The pointed end 292a of the pin 292 extends into the Recess 290 and presses against an inner part of the outwardly expanded wall. This will create the wing seal carrier block 264 loaded radially inwards. This movement of the middle section 264a urges the left section 264b and the right Section 264c outwards, making a good seal associated sealing surfaces is achieved · One such adjustable wedge assembly 284 is for adjusting each of the sixteen Seal carrier blocks provided.
Am Umfang des Gehäuses 128 sind mehrere Brennkammer- und Dampferzeugungsanordnungen angebracht, die bisher mit dem Bezugszeichen 122 versehen wurden. Da alle Anordnungen 122 identisch A plurality of combustion chamber and steam generating arrangements, which were previously provided with the reference number 122, are attached to the circumference of the housing 128. Since all arrangements 122 are identical
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ausgebildet sind, wird im folgenden nur eine beschrieben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind acht Anordnungen dieser Art vorgesehen, wobei eine Anordnung in Verbindung mit jeder der Expansionskammern 150-15Og wirkt. Daher sind diese Anordnungen 122 an der Außenfläche des Rotorgehäüses 128 angebracht, wobei eine dieser Anordnungen jeweils radial außen von einer der Expansionskammern liegt, so daß die Gasdurchlässe zwischen den Brennräumen und den Expansionskammern eine minimale Länge haben.are formed, only one is described below. In the illustrated embodiment, eight arrangements of this type are provided, one arrangement in connection acts with each of the expansion chambers 150-15Og. Therefore, these assemblies 122 are on the outer surface of the Rotor housing 128 attached, one of these arrangements each being located radially outside of one of the expansion chambers, so that the gas passages between the combustion chambers and the expansion chambers have a minimum length.
Jede Brennkammer- und Dampferzeugungsanordnung 122 weist einen Mittelabschnitt 300 und Deckel- oder Ventilgehäuseabschnitte 302 und 304 auf, (vgl. Fig. 3 bis 5 und 17 bis 19). Die Anordnung 122 wird von wenigstens einem, gewöhnlich jedoch drei Schraubbolzen 306 zusammengehalten. Die Endabschnitte 302 und 304 sind mit Hilfe von radial verlaufenden Bolzen 308 an das zylindrische Gehäuse 128 angeschraubt.Each combustor and steam generator assembly 122 has a center section 300 and cover or valve housing sections 302 and 304 (see FIGS. 3 to 5 and 17 to 19). The assembly 122 is made up of at least one, but usually three bolts 306 held together. The end portions 302 and 304 are by means of radially extending bolts 308 is screwed to the cylindrical housing 128.
Der Mittelabschnitt 300 weist ein zylindrisches Außengehäuse 310, das mit der Wand 20 des Wassermantels in Fig. 1 vergleichbar ist, und ein zylindrisches Innengehäuse bzw. eine Brennraumwand 312 auf, welch letztere mit dem Brennraum 18 in Fig. 1 vergleichbar ist. Die äußeren und inneren Gehäuse 310 und 312 definieren zwischen sich einen Wasser- oder Dampfmantel 314, der mit dem Wassermantel 22 gemäß Fig. 1 vergleichbar ist. Da der Dampfmantel 314 zur Aufnahme von überhitztem Dampf beiThe middle section 300 has a cylindrical outer housing 310 which is comparable to the wall 20 of the water jacket in FIG. 1 is, and a cylindrical inner housing or a combustion chamber wall 312, the latter with the combustion chamber 18 in Fig. 1 is comparable. The outer and inner housings 310 and 312 define a water or steam jacket therebetween 314, which is comparable to the water jacket 22 according to FIG. 1. Since the steam jacket 314 is used to accommodate superheated steam
2 einem Druck von angenähert 70 kg/cm und Temperaturen von etwa 290° C geeignet sein muß,.ist es notwendig, daß der äußere Zylindermantel 310 nach Material und Dicke derartigen Umgebungsbedingungen standhält. Korrosionsbeständiger Stahl kann beispielsweise für diesen Gehäuseteil verwendet werden.2 a pressure of approximately 70 kg / cm and temperatures of approximately 290 ° C must be suitable,. It is necessary that the material and thickness of the outer cylinder jacket 310 withstand such environmental conditions. Corrosion-resistant steel can be used, for example, for this housing part.
Der Brennraum 312 ist mit einer Brennraumauskleidung 316 versehen· Diese Auskleidung kann aus einem porösen, keramischen Material, ähnlich Pyroceram bestehen. Die Innenseite der Auskleidung weist eine Vielzahl von unregelmäßigen Vorsprüngen 318 auf, die entlang des Innenumfangs der Auskleidung angeordnetThe combustion chamber 312 is provided with a combustion chamber lining 316. This lining can consist of a porous, ceramic material, similar to pyroceram. The inside of the liner has a plurality of irregular protrusions 318 disposed along the inner circumference of the liner
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sind. Die dadurch gebildete unregelmäßige Oberfläche bewirkt eine Turbulenz, wenn Brennstoffe in die Brennkammer geleitet werden wodurch die vollständige Vermischung der Brennstoffe unterstützt wird. Außerdem werden von den VorSprüngen Druckwellen gebrochen, die anderenfalls vor allem unter Resonanzbedingungen zerstörende Wirkungen in der Brennkammer haben und zu Verlusten des Verbrennungswirkungsgrades führen. Die beliebig unregelmäßigen Oberflächen/entschärfen die Druckwellen bzw. deren Wirkung dadurch, daß sie die Energie in vMe Richtungen reflektieren und streuen und den Aufbau von Druckwellen in einer Richtung verhindern.are. The resulting irregular surface creates turbulence when fuels are fed into the combustion chamber which supports the complete mixing of the fuels. In addition, pressure waves are generated from the projections broken, which otherwise have destructive effects in the combustion chamber, especially under resonance conditions and lead to losses in combustion efficiency. The randomly irregular surfaces / defuse the pressure waves or their effect in that they reflect and scatter the energy in vMe directions and the build-up of Prevent pressure waves in one direction.
Die Brennkammerauskleidung 316 ist mit einem Katalysator, z. B, Platin oder einem anderen geeigneten Material getränkt, um sicherzustellen, daß die Verbrennung von Gasen in der Kammer bereits bei einer relativ niedrigen Temperatur eingeleitet wird. Das keramische Material selbst, das einen niedrigen Wärmeleitungs- bzw. Wärmeübergangskoeffizienten hat, sorgt dafür, daß die Temperatur der Auskleidung 316 von einem zum nächsten Verbrennungstakt auf einem hohen Wert bleibt. Dies trägt dazu bei, daß die Verbrennung in jedem aufeinanderfolgenden Zyklus unverzüglich eingeleitet wird. Sobald dieses Material während eines Verbrennungsvorgangs erhitzt worden ist, leitet es ; einen ständigen Wärmefluß von dem Brennraum 320 zum inneren Zylindergehäuse bzw. zur Brennraumwand 312.The combustor liner 316 is covered with a catalyst, e.g. B, soaked in platinum or another suitable material, to ensure that the combustion of gases in the chamber is already initiated at a relatively low temperature will. The ceramic material itself, which has a low heat conduction or heat transfer coefficient, ensures that the temperature of the liner 316 is kept high from one combustion cycle to the next remain. This helps ensure that combustion is initiated promptly in each successive cycle. Once this material has been heated during a combustion process, it conducts; a constant flow of heat from the combustion chamber 320 to the inner cylinder housing or to the combustion chamber wall 312.
Die Brennraumwand 312 besteht aus einem festen, zähen Material, z. B. einer WoIfram-Kobalt-Legierung, das relativ gute Wärraeleiteigenschaften hat und dadurch den Wärmeübergang aus dem Brennraum in den Dampfmantel 314 erleichtert.The combustion chamber wall 312 is made of a strong, tough material, e.g. B. a WoIfram-Cobalt alloy, which has relatively good thermal conductivity and thereby facilitates the transfer of heat from the combustion chamber into the steam jacket 314.
Die Deckelabschnitte 302 und 304 haben eine zweifache Funktion. Sie bilden einerseits Abschlüsse für den Dampfmantel 314 und den Brennraum 320 und andererseits ein Gehäuse zur Aufnahme von Ventilen und Kanülen zur Zu- und Abfuhr von Wasserdampf, Luft, Brennstoff und Abgasen· The lid sections 302 and 304 serve a dual purpose. On the one hand they form closures for the steam jacket 314 and the combustion chamber 320 and secondly a housing for receiving valves and cannulas for supply and discharge of steam, air, fuel and exhaust gases ·
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Die Deckelabschnitte 302 und 304 weisen Ringnuten 322 oder 324 auf, in die die beiden Stirnenden des Außengehäuses 310 eingesetzt sind. In ihnen sind ferner kreisförmige Ausnehmungen 326 bzw. 328 vorgesehen, in die die Enden der Brennraumwand und der Brennraumauskleidung 312 und3l6 eingesetzt sind. Eine Zylinderkopfdichtung 330 ist in jeder Ringnut 322 und 324 angeordnet und dichtet die Enden des Gehäuses 310 ab. Auch in den kreisförmigen Ausnehmungen 326 und 328 ist eine Zylinderkopfdichtung 332 zur Abdichtung des Mantels 314 und der Auskleidung 316 vorgesehen.The cover sections 302 and 304 have annular grooves 322 or 324 into which the two front ends of the outer housing 310 are used. Circular recesses 326 and 328 are also provided in them, into which the ends of the combustion chamber wall and the combustion chamber liner 312 and 316 are inserted. A cylinder head gasket 330 is in each annular groove 322 and 324 and seals the ends of the housing 310. Also in the circular recesses 326 and 328 a cylinder head gasket 332 is provided for sealing the shell 314 and the liner 316.
Die Innenflächen 334 und 335 der Deckelabschnitte 302 und 304 sind gerkümmt ausgebildet, so daß sie genau auf die Außenfläche 128a des zentralen Rotorgehäuses 128 passen. Nuten und 337 sind in den zugehörigen Oberflächen 334 und 335 ausgebildet; sie nehmen Dichtungen 337a und 337b auf, welche einen dichten Anschluß an den Gehäusen 124 und 126 des Sekundärrotorabschnitts herstellen, wenn die gesamte Rotationsmaschine in der in Fig. 3 dargestellten Weise zusammengebaut ist.The inner surfaces 334 and 335 of the cover sections 302 and 304 are curved so that they exactly meet the outer surface 128a of the central rotor housing 128 fit. Grooves 33 and 337 are in associated surfaces 334 and 335 educated; they receive seals 337a and 337b which tightly connect to housings 124 and 126 of the secondary rotor section when the entire rotary machine is assembled in the manner shown in FIG is.
Im Xnneren der Endstücke 302 und 304 sind durchgehende Kammern 338 und 340 ausgebildet, welche Wasser oder Dampf zum Einführen, in den Dampfmantel 314 aufnehmen. Eine Reihe von Kanälen 342 führt von dem Innenraum des Dampfmantels 314 zur Kammer 338. Bei der dargestellten Ausführung (Fig. 19) sind acht Kanäle 342 vorgesehen. Identische Kanäle 344 führen auch von dem Dampfmantel 314 zur Kammer 340. Außerdem sind in den Endstücken bzw. Deckelabschnitten 302 und 304 »ehrere Ventile und Verbindungskanäle ausgebildet, die den Eintritt und Austritt von Wasser oder Dampf in den und aus dem. DampfmantelInside the end pieces 302 and 304 are continuous chambers 338 and 340 which receive water or steam for introduction into the steam jacket 314. A series of channels 342 leads from the interior of the steam jacket 314 to the chamber 338. In the illustrated embodiment (FIG. 19) there are eight channels 342 provided. Identical channels 344 also lead from the steam jacket 314 to the chamber 340. In addition, there are more valves in the end pieces or cover sections 302 and 304 and connecting channels are formed which allow the entry and exit of water or steam into and out of the. Steam jacket
314 ermöglichen, Luft in den Brennraum 320 einleiten und Abgase aus dem Brennraum zu den Expansionskammern führen.314 allow air to be introduced into the combustion chamber 320 and exhaust gases from the combustion chamber to the expansion chambers.
Zwei dieser Ventile sind in den Kanälen 346 und 348 (Fig. 18 und 19) eingebaut, die von den Flächen 334 und 335 über Durch-Kanäle in den Sekundärrotorabschnitten 124 und 126Two of these valves are in channels 346 and 348 (Fig. 18 and 19) built in from surfaces 334 and 335 via through-channels in the secondary rotor sections 124 and 126
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führen und auf die nachfolgend noch genauer eingegangen wird. Kontrollventile 350 und 352 sind in den Kanälen 346 und 348 eingebaut. Sie steuern die Zufuhr von vorgewärmtem.Wasser und/ oder Dampf aus den Sekundarrotorgehäusen 124 und 126 zu den Kammern und 338 und 340 bzw. über die Kanäle 342 und 344 zum Dampfmantel 314, wo das Wasser oder der Dampf auf etwa 290° Cand which will be discussed in more detail below. Control valves 350 and 352 are in channels 346 and 348 built-in. They control the supply of preheated water and / or steam from secondary rotor housings 124 and 126 to the Chambers and 338 and 340 or via channels 342 and 344 to steam jacket 314, where the water or steam to about 290 ° C
2 erhitzt wird und einen Dampfdruck von angenähert 70 kg/cm hervorruft. Wenn der Druck in der Brennkammer 320 nachläßt, öffnet dieser vorgeheizte, unter hohem Druck stehende Dampf ein herkömmliches Ventil, z. B. ein federbelastetes Kontroll— ventil 354 in einem Kanal 356 (Fig. 18), der die Kammer 338 mit dem Brennraum 320 verbindet. Der durch das Kontrollventil 354 in den Brennraum 320 einströmende Dampf reinigt letzteren von den Verbrennungsprodukten. Danach folgt der Dampf den Verbrennungsprodukten in die Expansionsräume der ersten Expahsionskammer 40. Jedes der vorgenannten Kontrollventile wird durch Differenzdruck betätigt. Wärme wird durch die Brennraumwand 312 auf den im Dampfmantel 314 befindlichen Dampf übertragen, wodurch letzterer weitererhitzt wird. Wenn der sich reduzierende Dampfdruck denjenigen Wert erreicht, der die Ventile 350 und 352 anfänglich zum Öffnen gebracht hatte, übersteigen die Kräfte der Kompressionsfedern in diesen Kontrollventilen den Restdruck in den Kanälen 346 und 348 und bewirken das Schließen dieser Ventile. Das Kontrollventil 354 arbeitet in ähnlicher Weise.2 is heated and a vapor pressure of approximately 70 kg / cm evokes. When the pressure in the combustion chamber 320 drops, it opens preheated, high pressure steam a conventional valve, e.g. B. a spring-loaded control valve 354 in a channel 356 (FIG. 18), the chamber 338 connects to the combustion chamber 320. The steam flowing into the combustion chamber 320 through the control valve 354 cleans the latter of the products of combustion. The steam then follows the combustion products into the expansion spaces of the first expansion chamber 40. Each of the aforementioned control valves is operated by differential pressure. Heat is through the combustion chamber wall 312 transferred to the steam located in the steam jacket 314, whereby the latter is further heated. If the reducing vapor pressure reaches the value that initially caused valves 350 and 352 to open, exceed the forces of the compression springs in these control valves the residual pressure in channels 346 and 348 and cause these valves to close. The control valve 354 works in a similar way.
In den beiden Endstücken 302 und 304 ist ein Kanal 360 mit einer Mündung 358 zum Brennraum 320 (Fig. 19 und 20) vorgesehen, der einen Seitenzweig 362 hat, in welchem ein Überdruckventil 364 (Fig. 17 und 18) zum Schutz gegen Überdruck während des Verbrennungsvorgangs vorgesehen ist. Der Kanal 316 steht auch mit der Oberfläche 334 des Ventilgehäuses in Verbindung. In dem Kanal 360 ist nahe der Fläche 334 ein Schnarchventilsitz 366 angeordnet, der den Sitz für ein Schnarchventil 368 bildet, dessen Kopf auf dem Sitz 366 ruht. Bei dem nachfigend noch zu beschreibenden Öffnen desA channel 360 with an opening 358 to the combustion chamber 320 (FIGS. 19 and 20) is provided in the two end pieces 302 and 304, which has a side branch 362 in which a pressure relief valve 364 (FIGS. 17 and 18) for protection against excess pressure is provided during the combustion process. Channel 316 also faces surface 334 of the valve housing in connection. In the channel 360, a snore valve seat 366 is arranged near the surface 334, which is the seat for a Forms snore valve 368, the head of which rests on the seat 366. When opening the
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Schnarchventils können Verbrennungsprodukte (Abgase) und Dampf aus dem Brennraum 320 in eine der Expansionskammern 150, die in der primären Rotationsantriebsmaschineneinheit 120 ausgebildet sind, eingeleitet werden.The snore valve allows combustion products (exhaust gases) and steam from the combustion chamber 320 into one of the expansion chambers 150 formed in the primary rotary drive machine unit 120 can be introduced.
Luft wird in den Brennraum 320 aus Luftkanälen 370 und 37 2 eingeleitet, die mit demBrennraum 320 von einer oder beiden zugehörigen Oberflächen 334 oder 335 der Ventilgehäuse 302 und 304 kommunizieren. In jedem derartigen Kanal 370 ist ein Kontrollventil 374 eingebaut. Das Kontrollbzw. Steuerventil 374 bleibt während des Verbrennungsprozesses geschlossen und öffnet aufgrund eines Differenzdruckes, wenn der brennraumseitige Druck durch Öffnung des Ventils 368 absinkt. Air is introduced into the combustion chamber 320 from air ducts 370 and 37 2 which are connected to the combustion chamber 320 by an or both associated surfaces 334 or 335 of the valve housings 302 and 304 communicate. In every such A control valve 374 is installed in duct 370. The control or Control valve 374 remains during the combustion process closed and opens due to a differential pressure when the pressure on the combustion chamber side drops when valve 368 is opened.
"Etwa zentral im Ventilgehäuse 304 ist eine Brennstoffeinspritzdüse 376 angeordnet, die einen fein verdüsten Strahl abgibt. Die sofortige Einleitung der Verbrennung wird dadurch unterstützt, daß die Einspritzdüse 376 in den Brennraum vorstehend angeordnet ist und den Brennstoff gegen die Wand 316 unter maximaler Zerstäubung richtet. Die Düse 376 ist in herkömmlicher Weise gegenüber der Gehäusewärme durch geeignetes Material (nicht dargestellt) isoliert."Approximately in the center of the valve housing 304 is a fuel injector 376 arranged, which emits a finely atomized jet. This will initiate the combustion immediately supports that the injector 376 is arranged in the combustion chamber protruding and the fuel against the wall 316 directs under maximum atomization. The nozzle 376 is conventionally exposed to housing heat through a suitable Material (not shown) isolated.
Wie am besten in den Figuren 3 und 5 zu sehen ist, verbindet eine Sammelleitung 378 die verschiedenen Brennstoff-Einspritzdüsen 376. Geeignete Steuermittel, die sowohl herkömmlicher als auch spezieller Ausbildung sein können, wirken auf die Düsen 376 in der Weise ein, daß die richtige Einspritzfolge gewahrt bleibt.As best seen in Figures 3 and 5, a manifold 378 connects the various fuel injectors 376. Appropriate control means, both conventional and specialized, act on the Nozzles 376 in such a way that the correct injection sequence is maintained.
Eine Glühkerzenleitung 382, agitieren Ende, eine Glühkerze 384 angeschlossen ist, ist auf der der Einspritzdüse 376 gegenüberliegenden Seite durch das Ventilgehäuse 304 in den Brennraum 320 durchgeführt. Isolationsmaterial 386 umgibt die . Leitung 382. Die Leitung ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Energiequelle verbunden, über die die Glühkerze 384 während des Betriebs ständig glühend gehalten wird. Hierdurch wird die Sicherheit der Zündung des Brennstoffes und der vollständigen Verbrennung erhöht· fin'flgifi/flZiÄA glow plug lead 382, agitate end, a glow plug 384 is connected, is on the opposite of the injection nozzle 376 Side carried out through the valve housing 304 into the combustion chamber 320. Insulation material 386 surrounds the. Line 382. The line is connected to an energy source, not shown in the drawing, via which the glow plug 384 is kept glowing continuously during operation. This will ensure the safety of the ignition of the fuel and the complete Combustion increases · fin'flgifi / flZiÄ
Im folgenden wird erneut auf Fig. 3 bis 6 Bezuggenommen. Die sekundären Rotorabschnitte 124 und 126 weisen jeweils sekundäre Rotorgehäuse 390 und 392 auf, welche gewöhnlich identisch ausgebildete linke und rechte Abschnitte sind. Die Gehäuse 390 und 392 weisen jeweils Ringflan_sche 394 (nicht dargestellt) und 396 an den innenliegenden Enden auf, die in die Nuten 336 und 337 in den Enden der Brennraumanordnung 122 einfassen. Diese Ringflan^sche 394 und 396 stoßen im eingebauten Zustand gegen die Ventilplatten 398 und 400. Die Ventilplatten sind ihrerseits dichtend an den gegenüberliegenden Enden des Primärrotorgehäuses 128 angelegt.Reference is again made to FIGS. 3 to 6. The secondary rotor sections 124 and 126 each have secondary rotor housings 390 and 392, which are usually identically formed left and right sections. the Housings 390 and 392 each have ring flanges 394 (not shown) and 396 at the inner ends that into grooves 336 and 337 in the ends of the combustion chamber assembly 122 border. These annular flanges 394 and 396 abut against the valve plates 398 and 400 when installed. The valve plates for their part are sealingly applied to the opposite ends of the primary rotor housing 128.
Zwei End— oder Ventilplatten 402 und 404 sind dichtend an die äußeren Stirnseiten der zugehörigen Sekundärgehäuse 124 und 126 angesetzt. An den Außenflächen deser Endplatten sind zwei Getriebegehäuseplatten 406 und 408 dicht aufgesetzt, die jeweils ein Öldichtungsgehäuse 410 bzw. 412 enthalten.Two end or valve plates 402 and 404 are sealing against the outer end faces of the associated secondary housing 124 and 126 attached. On the outer surfaces of which there are end plates two transmission housing plates 406 and 408 placed tightly, each containing an oil seal housing 410 and 412, respectively.
In den beiden Sekundärrotorgehäusen und den ihnen zugeordneten beiden Endplatten sind zwei Sekundärkammern 314 und 316 von gleichem Durchmesser jedoch größerer Länge als die im Primärrotorgehäuse 128 gebildete Kammer ausgebildet. Jede dieser Kammern weist eine Rotüranordnung auf, die mit Ausnahme der Länge die selbe Ausbildung wie die obenbeschriebene. Primärrotoranordnung hat. In der Regel sind diese Sekundärrotoranordnungen 418 und 420 jedoch auf Kurbelwellenabschnitten 422 und 424 angeordnet, die gegenüber dem Kurbelwellenabschnitt 134 in dem Primärrotorabschnitt um 180 ° versetzt sind. Die Kurbelwellenabschnitte sind in herkömmlichen Kurbelwellenlagern 425, 428, 430 und 432 in den entsprechenden Ventilplatten drehbar gelagert. Die Kurbelarme 427 und 429, die aus den Lagern 426 und 428 herausgeführt sind, verbinden und halten die Sekundärkurbeltaöpfung 420. In ähnlicher Weise verbinden die Kurbelarme 431 und 433 die Lagerabschnitte. 428 und 430 mit der Kurbelköpfung 134. Ein drittes Paar von" Kurbelarmen 435 und 437 verbinden die Lagerabschnitte 430 und 432 mit dem Kopfabschnitt 424. Die Ausgangswellen 434 undIn the two secondary rotor housings and the two end plates assigned to them, two secondary chambers 314 and 316 of the same diameter but greater length than the chamber formed in the primary rotor housing 128 are formed. Each of these chambers has a door arrangement which, except for the length, is the same as that described above. Has primary rotor assembly. As a rule, however, these secondary rotor arrangements 418 and 420 are arranged on crankshaft sections 422 and 424 which are offset by 180 ° with respect to the crankshaft section 134 in the primary rotor section. The crankshaft sections are rotatably supported in conventional crankshaft bearings 425, 428, 430 and 432 in the corresponding valve plates. The crank arms 427 and 429, which are led out of the bearings 426 and 428, connect and hold the secondary crank linkage 420. Similarly, the crank arms 431 and 433 connect the bearing sections. 428 and 430 with the crank head 134. A third pair of "crank arms 435 and 437 connect the bearing sections 430 and 432 to the head section 424. The output shafts 434 and 437
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der Kurbelwelle sind jeweils mit den äußeren Enden der Kurbelwellen-Lagerabschnitte 426 und 432 verbunden und dienen mit ihren nach außen vorstehenden Abschnitten als Abtriebswellen.of the crankshaft are each connected to the outer ends of the crankshaft bearing sections 426 and 432 and serve with their outwardly protruding sections as output shafts.
Jede der Ventilplatten 398 und 400, die jeweils als entgegengesetzt gleiche Bauteile ausgebildet sind, weist am entgegengesetzten1 iQihgnuten 442 und 444 auf.Each of the valve plates 398 and 400, which are each designed as oppositely identical components, has grooves 442 and 444 on the opposite one.
Nocken 446 und 448, die an den Kurbelarmen 429 bzw. 431 angebracht sind, greifen in die Ringnuten 442 und 444 in der Platte 398 ein und öffnen die in der Ventilplatte 398 angeordneten Ventile in Abhängigkeit von der Drehlage der Kurbelwelle. Die Ventilplatte 400 weist identische Nocken auf, die an den Armen 433 und 435 befestigt sind und in die Ringnuten 442 und 444 eingreifen. In ähnlicher Weise ist jede Ventilplatte 402 bzw. "404 an ihrer Innenseite mit einer Ringnut 450 versehen. In diese: Ringnut faßt ein Daumen bzw. Nocken 452 ein, der mit dem benachbarten Kurbelarm verbunden ist.Cams 446 and 448 attached to crank arms 429 and 431, respectively are, engage in the annular grooves 442 and 444 in the plate 398 and open the arranged in the valve plate 398 Valves depending on the rotational position of the crankshaft. The valve plate 400 has identical cams on the arms 433 and 435 are attached and engage in the annular grooves 442 and 444. Similarly, each valve plate 402 or "404 is provided with an annular groove 450 on its inside. In this: the annular groove engages a thumb or cam 452, which with is connected to the adjacent crank arm.
Die Ventilplatten 398 und 400 weisen identische Doppelreihen von Ventilen zum Einlaß und Auslaß von Druck- und Abgasen auf. Jedes Ventil ist etwa radial in der Platte angeordnet. Wie am besten in Fig. 6 zu sehen ist, weist beispielweise die Ventilplatte 398 acht Einlaßventile 368. Wie ferner in Fig. 18 gezeigt ist, sind die Ventilköpfe in dem von dem benachbarten Brennraum ausgehenden Auslaßkanal 360 angeordnet, und die Ventilstangen enden in der Ringnut 444. In ähnlicher Weise ist eine zweite Reihe von Ventilen 454 vollständig in der Ventilplatte 398 angeordnet. Die Köpfe dieser Ventile schließen die Kanäle bzw. Zugänge 456, welche von einer Expanstoskammer in den Primärrotorabschnitt 128 zu einer benachbarten Expansionskammer im Sekundärrotor 124 führen. Auf diese Weise kann der Gasstrom zwischen diesen beiden Kammern gesteuert werden.The valve plates 398 and 400 have identical double rows of valves for the inlet and outlet of pressurized and exhaust gases on. Each valve is arranged approximately radially in the plate. As best seen in FIG. 6, for example the valve plate 398 has eight inlet valves 368. As further shown in Fig. 18, the valve heads are in that of the Adjacent combustion chamber outgoing exhaust channel 360 is arranged, and the valve rods end in the annular groove 444. Similarly, a second series of valves 454 are disposed entirely within valve plate 398. The heads these valves close the channels or accesses 456, which from an expansion chamber in the primary rotor section 128 lead to an adjacent expansion chamber in the secondary rotor 124. In this way the gas flow can can be controlled between these two chambers.
Wie oben erwähnt, enthält die VentiljDlatte 400 identisch gerichtete und angeordnete Ventile und Kanäle.As mentioned above, the valve plate 400 contains identical directional and arranged valves and channels.
Jede der Ventilplatten 402 und 404 weist ähnlich gerichtete,Each of the valve plates 402 and 404 has similarly directed,
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jedoch doppelt wirkende Ventile 458 auf, deren Köpfe in den die entsprechenden Expansionskammern der Sekundärgehäuse 124 und 126 mit Einlaßringkammern 462 verbindenden Kanälen 460 angeordnet sind. Die Einlaßkammern 462 sind von Auslaßringkammern 466 durch Wände 464 getrennt. Ein Einlaßkanal 463 führt zu jeder Ringkammer 462 und ein Kanal dient als Auslaß zu den Brennräumen 122. Gegebenenfalls können getrennte Einlaß- und Auslaßventile die doppelt wirkenden Ventile 458 ersetzen.however, double-acting valves 458, the heads of which are in the corresponding expansion chambers of the secondary housing 124 and 126 with inlet ring chambers 462 connecting channels 460 are arranged. The inlet chambers 462 are of outlet ring chambers 466 separated by walls 464. An inlet channel 463 leads to each annular chamber 462 and a channel serves as an outlet to the combustion chambers 122. Optionally, separate inlet and outlet valves can double the Acting valves 458 replace.
Im Hohlraum 468 der Getriebegehäuse 406 und 408 (Fig. 4 und 6) sind mehrere Planetengetriebe 470 angeordnet, die jeweils mit der Welle eines kleinen Kurbelbauteils 140 verbunden sind und dieses steuern. Jedes Planetengetriebe 170 wird über ein Zwischenrad 17 2 von einem Zahnrad 474 angetrieben, das auf dem entsprechenden Kurbelwellenlagerabschnitt 426 bzw. 432 sitzt.In the cavity 468 of the gear housing 406 and 408 (Fig. 4 and 6) several planetary gears 470 are arranged, the are each connected to the shaft of a small crank component 140 and control this. Each planetary gear 170 is driven via an intermediate gear 17 2 by a gear 474 on the corresponding crankshaft bearing section 426 or 432 is seated.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines besonders gestalteten Pilotventils ist in Fig. 8 dargestellt. Bei diesem Ventil kann es sich um das vorbeschriebene Ventil 368 zwischen dem Brennraum 122 und der mit ihm verbundenen Primärexpansionskammer handeln.A preferred embodiment of a specially designed pilot valve is shown in FIG. With this one The valve can be the previously described valve 368 between the combustion chamber 122 and the primary expansion chamber connected to it Act.
Da der Druck in dem Brennraum relativ hoch ist, wäre eine beträchtliche Kraft zum Öffnen eines herkömmlichen Ventils gegen diesen Druck erforderlich. Daher wäre ein Betätigungsnocken erforderlich, der die benötigte Kraft aufbringt, wobei jedoch sowohl der Nocken als auch der Ventilstößel in erheblichem Umfang abgenutzt werden. Daher ist die Verwendung des nachfolgend beschrLe.benen Pilotventils zweckmäßig, Bei Verwendung dieses Pilotventils wird zunächst ein kleiner Öffnungsquerschnitt freigegeben, über den das Druckgefälle verringert werden kann, wodurch das Öffnen des auptteils des Ventils erleichtert und die Abnutzungserscheinungen ver-.-ringert werden· Since the pressure in the combustion chamber is relatively high, considerable force would be required to open a conventional valve against this pressure. Therefore, an actuating cam would be required that applies the required force, but both the cam and the valve lifter are worn to a considerable extent. It is therefore advisable to use the pilot valve described below. When this pilot valve is used, a small opening cross-section is first released, over which the pressure gradient can be reduced, which makes it easier to open the main part of the valve and reduces the signs of wear and tear.
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Bei dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispxel ist eine Ventilhülse 476 in der ihr zugeordneten Halterung, z.B. dem Körper der Ventilplatte 398, angeordnet. Diese Hülse weist die erforderlichen Druck- und Öldichtungen auf. Im vorliegenden Fall dürfte eine Gleitpassung mit enger Toleranz ausreichend sein. In der Hülse 476 ist axial ein primäres Rohrventil 478 eingesetzt, das als rohrförmiger Bauteil mit einem Kopf 480 an einem Ende und einer Flachseite 482 am anderen Ende ausgebildet ist. Der Kopf 480 weist mehrere Kanäle 484 auf, die von der unteren Seite des Kopfs zu einem konischen Ventilsitz 486 führen.In the exemplary embodiment described, there is a valve sleeve 476 in its associated holder, e.g. the body of the valve plate 398. This sleeve has the required pressure and oil seals. In the present In this case, a sliding fit with a narrow tolerance should be sufficient. In the sleeve 476 is a primary axially Pipe valve 478 is used, which is a tubular component with a head 480 at one end and a flat side 482 at the other end is formed. The head 480 has a plurality of channels 484 leading from the bottom of the head to one guide conical valve seat 486.
Coaxial im primären Rohrventil 478 ist ein Pilotventil 488 axial verschieblich angeordnet. Letzteres weist einen konischen Kopf 490 auf, der auf die konische Ventilsitzfläche 486 paßt und dessen konische Oberfläche bei Andruck an die Sitzfläche 486 die Kanäle 484 schließt. Das entgegengesetzte Ende 492 des Rohrventils 488 ist normalerweise flach ausgebildet, wobei ein Nocken zur Betätigung des Ventilmechanismus an ihn angreifen kann.A pilot valve 488 is arranged coaxially in the primary pipe valve 478 so as to be axially displaceable. The latter has a conical Head 490 which fits onto the conical valve seat surface 486 and its conical surface when pressed against the seat surface 486 the channels 484 closes. The opposite end 492 of tubular valve 488 is normally flat with a cam on it for actuation of the valve mechanism can attack.
Über ein Riegelbauteil 494 ist ein Haltering 496 am Rohrventil 488 befestigt. Der Haltering bildet mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 497 ein Widerlager für eine innengelegene Druckfeder 498, die zwischen der Stirnfläche 482 des Primärventils 478 und dem Haltering verspannt ist. Der Haltering 496 bildet mit einem erweiterten Banschteil auch das Widerlager für eine größere Druckfeder 500, die den kegelstumpfförmigen Abschnitt 497 des Halterings, die kleinere Feder 498 und die Endabschnitte der Primär- und Pilotventile coaxial umgibt. Sie drückt gegen eine an der· Ventilplatte 398 geeignet vorgesehene Fläche zu.A retaining ring 496 is fastened to the pipe valve 488 via a locking component 494. The retaining ring forms with a frustoconical Section 497 is an abutment for an internal compression spring 498, which is located between the end face 482 of the primary valve 478 and the retaining ring is braced. The retaining ring 496 also forms with an enlarged flange part the abutment for a larger compression spring 500, which the frustoconical portion 497 of the retaining ring, the smaller spring 498 and coaxially surrounds the end portions of the primary and pilot valves. She presses against one of the Valve plate 398 appropriately provided area to.
Wenn ein Nocken gegen das Ende 492 des Rohr- oder Schnarchventils 488 drückt, wird das Rohr- oder Pilotventil entgegegen den Belastungen durch die Feder 500 und 482 sowie entgegen dem Druck über dem Rohrventil aufwärts gedrängt. Bei seiner Aufwartsbewegung werden die Kanäle 484 geöffnet,When a cam presses against the end 492 of the pipe or snore valve 488, the pipe or pilot valve will oppose it pushed up by the loads from the spring 500 and 482 and against the pressure above the pipe valve. at its upward movement the channels 484 are opened,
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wodurch ein Druckausgleich stattfinden kann. Sobald der Druck ausgeglichen ist, drückt die konstant gegen Primärventil 478 wirkende kleinere Feder 498 das Primärventil aufwärts, öffnet das Ventil vollständig und läßt das Gesamtvolumen des über dem Ventilkpf 480 befindlichen, unter Druck stehenden Gases, in die Expansionskammer ausströmen. Es ist zu erkennen, daß eine nur sehr geringe Kraft zum Öffnen des Ventils erforderlich ist, sobald der Druck über dem Ventilkopf 480 abgeglichen ist.whereby a pressure equalization can take place. As soon as the pressure is equalized, the smaller spring 498 acting constantly against the primary valve 478 pushes the primary valve upwards, opens the valve completely and allows the entire volume of the pressurized gas above the valve head 480 to flow out into the expansion chamber. It can be seen that very little force is required to open the valve once the pressure across the valve head 480 is balanced.
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Das mit verzögerter Expansion arbeitende Antriebssystem nach der Erfindung ist in seiner Primärkonfiguration sehe— matisch in Fig. 20 dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die oben beschriebene, mit verzögerter Expansion arbeitende Maschine eine Primärkomponente der üblichen Systerakonfiguration nach Fig. 2 darstellt, daß die Verwendung dieser Maschine jedoch für die geeignete Funktion des Systems nicht zwingend erforderlich ist. So kann beispielsweise eine herkömmliche Brennkraftmaschine bei dem erfin— dungsgemäßen System verwendet werden, ohne daß die im einzelnen beschriebenen Vorteile verloren gehen.The drive system operating with delayed expansion according to the invention is seen in its primary configuration. shown schematically in FIG. It should be noted that the above-described, working with delayed expansion Machine is a primary component of the usual systeretic configuration of FIG. 2 that the use However, this machine is not absolutely necessary for the system to function properly. For example, a conventional internal combustion engine can be used in the according to the system can be used without losing the advantages described in detail.
Das Maschinensystem weist zwei Antriebsmaschinen, nämlich eine Priroärmaschine und eine Zusatzmaschine auf, die einander ergänzen. Sie sind in geeigneter Weise miteinander und mit den peripheren Bauteilen der Hilfsausrüstung verbunden. Die Gesamtkombination dieser und anderer Systemelemente wirkt zusammen und bildet ein voll funktionsfähiges, mit hohem Wirkungsgrad arbeitendes- und von schädlichen Auspuffstoffen freies Antriebssystem.The machine system has two drive machines, namely a primary machine and an auxiliary machine, which are mutually exclusive add to. They are suitably connected to one another and to the peripheral components of the auxiliary equipment. the Overall combination of these and other system elements works together and forms a fully functional, with high Efficiency of working and harmful exhaust substances free drive system.
Der Wirkungsgrad der Primärmaschine ist, wenn diese als Maschine mit verzögerter Expansion in der oben beschriebenen Weise ausgebildet ist, höher als derjenige von herkömmlichen Brennkraft-Diesel- oder Dampfmaschinen. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, daß (a) die mit verzögerter Expansion arbeitende Maschine wegen der in der Maschine erreichten vollständigen Verbrennung einen höheren Prozentsatz der Brennstoffenergie nutzbar macht und (b) im Verbundbetrieb arbeitet, wodurch die Verbrennungsgase während ihres Expansionszyklus wirksamer ausgenutzt werden können. Außerdem verwendet die Primärmaschine normalerweise im Kühlwasser einer Brennkraftmaschine oder einer Dieselmaschine absorbierte Wärme zur Erzeugung von Dampf, der zum Antrieb des Systems beiträgt. Durch diese besondere Kombination wird der Wirkungsgrad des beschriebenen Maschinensystems auf wenigstens 50 %, unter idealen Bedingungen sogar auf 70 % erhöht· Dies stelltThe efficiency of the primary machine, if it is designed as a machine with delayed expansion in the manner described above, is higher than that of conventional internal combustion diesel or steam engines. This is due to the fact that (a) the retarded expansion engine utilizes a higher percentage of the fuel energy because of the complete combustion achieved in the engine, and (b) operates in compound mode, which makes more efficient use of the combustion gases during its expansion cycle can. In addition, the primary machine typically uses heat absorbed in the cooling water of an internal combustion engine or a diesel engine to generate steam that helps drive the system. This special combination increases the efficiency of the machine system described to at least 50%, under ideal conditions even to 70 %
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eine beträchtliche Verbesserung im Vergleich zu dem Wirkungsgrad von 10 bis 15 % bei herkömmlichen Verbrennungsmaschinensystemen dar.a significant improvement over the 10-15 % efficiency of conventional internal combustion engine systems.
Ein beträchtlicher Teil der Wärmeenergie geht während des herkömmlichen Verbrennungsprozesses verloren; tatsächlich geht weit mehr Wärmeenergie verloren, als tatsächlich zum Aufwärmen der Luft und der Verbrennungsgase beim Druckaufbau in den Brennräumen erforderlich ist. Derartige überschüssige Wärme wird normalerweise übertragen und von dem Kühlwasserabgeleitet. A considerable part of the thermal energy goes during the conventional combustion process lost; in fact, far more heat energy is lost than actually at the Warming up the air and the combustion gases during pressure build-up is required in the combustion chambers. Such excess heat is normally transferred and carried away by the cooling water.
Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen System diese Wärme energie zur Erzeugung von Hochdruckdampf ausgenutzt, der in den den Brennraum umgebenden Wassermantel eingeführt wird, wodurch nahezu die gesamte zur Verfügung stehende Wärmeenergie wirksam ausgenutzt werden kann.In contrast, in the system according to the invention, this heat energy is used to generate high-pressure steam, which in the water jacket surrounding the combustion chamber is introduced, which means that almost all of the available thermal energy is used can be used effectively.
Selbst bei dem vorliegenden System,bei dem eine Hälfte der Brennstoffenergie von dem Primärmaschinensystem bei dessen verzögerter Expansion ausgenutzt wird, wird die restliche Hälfte der Brennstoffenergie in den Abgasen, im Öl und im Metall der Primärmaschine aufgebraucht werden. Mit Hilfe des den Wirkungsgrad erhöhenden erfindungsgemäßen Systems wird jedoch die in das Öl und das Metall übertragene Wärmeenergie, die anderenfalls verloren ginge, auf das Wasser weitergegeben, bevor es in die Maschine injiziert wird. Dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad der Maschine wesentlich erhöht. Die in den Abgasen enthaltene Wärmeenergie wird auch wirksam ausgenutzt. Dies geschieht durch deren Überführung in flüssiges Freon, das in einem Wärmetauscher enthalten ist. Diese Freonflüssigkeit wird mit Hilfe dieser Wärmeenergie verdampft, in ein Hochdruckgas umgesetzt, das zum Antrieb einer Zusatzmaschine dient. Der im System erzeugte Dampf wird nach Abgabe seiner Wärme und Ausstoß aus der Maschine in Wasser kondensiert. Dieses Wasser wird zur Re-injektion in die Maschine gesammelt,wieder in Dampf ungewandelt und zur Kühlung derEven with the present system, where one half of the Fuel energy from the primary engine system at its Delayed expansion is exploited, the remaining half of the fuel energy is in the exhaust gases, in the oil and in the Metal of the primary machine are used up. With the aid of the system according to the invention which increases the efficiency however, the heat energy transferred into the oil and metal, which would otherwise be lost, is passed on to the water, before it is injected into the machine. This significantly increases the overall efficiency of the machine. In the Thermal energy contained in the exhaust gases is also used effectively. This is done by converting them into liquid Freon contained in a heat exchanger. This freon liquid is evaporated with the help of this thermal energy, converted into a high-pressure gas that is used to drive an additional machine serves. The steam generated in the system is condensed in water after its heat has been given off and expelled from the machine. This water is collected for re-injection into the machine, converted back into steam and used to cool the machine
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Maschine in einer kontinuierlichen Umlauffolge verwendet.Machine used in a continuous rotation sequence.
Da Wasserdampf ein Verbrennungsprodukt ist und schließlich in der zuvor beschriebenen Weise gesammelt wird, ist stets ein Wasserüberschuß im System zu Kühlzwecken vorhanden. EsSince water vapor is a product of combustion and is ultimately collected in the manner described above, is always an excess of water is present in the system for cooling purposes. It
ist daher unnötig, dem System gemäß der Erfindung Wasser zuzuführen.it is therefore unnecessary to supply water to the system according to the invention.
Im folgenden wird das Gesamtsystem beschrieben, das in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 510 bezeichnet ist. Die zentrale Antriebsleistungseinheit des Systems ist natürlich die Primärmaschine 512, die vorzugsweise in der zuvor beschriebenen Weise als mit verzögerter Expansion arbeitende Maschine ausgebildet ist. Selbstverständlich kann als Primärantriebsmaschine auch eine Brennkraftmaschine oder eine Dampfmaschine herkömmlicher Ausführung dienen.The following describes the overall system which is denoted by reference numeral 510 in the drawing. The central one The drive power unit of the system is of course the primary machine 512, which is preferably used in the previously described Way is designed as working with delayed expansion machine. Of course, it can be used as a prime mover an internal combustion engine or a steam engine of conventional design are also used.
Die Zündung der Brennstoff/Luftroischungen imSystem wird durch Schließen eines elektrischen Schalters 514 eingeleitet, der als Betriebsstromschalter einer Glühkerze 518 oder eine andere Zündvorrichtung in einer Schiene 512 mit der Batterie 516 verbindet.The ignition of the fuel / air mixtures in the system is triggered by Closing of an electrical switch 514 initiated, which acts as an operating current switch of a glow plug 518 or another Ignition device in a rail 512 connects to the battery 516.
Nach einer kurzen Zeitverzögerung von beispielsweise wenigen Sekunden wird ein zweiter elektrischer Schalter 520 geschlossen, der einen Anlaßmotor 522 an die Batterie 516 anschließt. Der Anlaßmotor 522 ist mit einer Antriebswelle 524 über ein Riemensystem 526 verbunden. Die Schalter 514 und 520 können ähnlich einem herkömmlichen Fahrzeuganlaßschalter auch in einem Doppelschalter zusammengefaßt sein.After a short time delay of a few seconds, for example, a second electrical switch 520 is closed, which connects a starter motor 522 to the battery 516. The starter motor 522 is connected to a drive shaft 524 via a Belt system 526 connected. The switches 514 and 520 can also be used in a similar manner to a conventional vehicle starter switch be combined in a double switch.
Auf der Welle 524 sind ein Drehmomentenwandler 528 und ein automatisches Getriebe 530 drehfest angebracht. Das automatische Getriebe ist mit einer Einwegkupplung 532 verbunden. Die Kupplung ist über einen Riementrieb 536 und eine Antriebswelle 437 mit der Zusatzmaschine 534 verbunden. Eine Abtriebswelle 538, die an der entgegengesetzten Seite der Primärmaschine 512 nach außen vorsteht, treibt eine Wasser-Einspritz-On shaft 524 are a torque converter 528 and a automatic gearbox 530 mounted in a rotationally fixed manner. The automatic transmission is connected to a one-way clutch 532. the The clutch is connected to the auxiliary machine 534 via a belt drive 536 and a drive shaft 437. An output shaft 538 that is on the opposite side of the primary machine 512 protrudes outwards, drives a water injection
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pumpe 540, eine Brennstoff-Einspritzpumpe 542, ein Luftgebläse 544,das als Aufladeverdichter für die Primärmaschine 512 wirkt, ein Antriebssystem546 für den elektrischen Generator 548 und einen Belüftungskompressor 550 sowie einen Kühlerventilator 552 an, der Luft durch einen benachbart angeordneten Freonkompressor 554 ansaugt.pump 540, a fuel injection pump 542, an air blower 544, which acts as a supercharger for the primary engine 512 acts, a drive system 546 for the electric generator 548 and a ventilation compressor 550 as well as one Cooler fan 552 which draws air through an adjacent freon compressor 554.
Eine elektrische Leitung 556 verbindet die Batterie 516 mit den Schaltern 514 und 520 und endet jeweils am Anlaß— motor 522, an der Glühkerze 518 und dem Generator 548 und liefert den Betriebsstrom für diese Elemente. In ähnlicher Weise sind diese Komponenten über eine weitere elektrische Leitung 558 mit dem anderen Pol der Batterie 516 verbunden. Diese Leitung ist mit der Erde der Maschine 512 verbunden.An electrical line 556 connects the battery 516 to the switches 514 and 520 and ends each time on the occasion. motor 522, glow plug 518 and generator 548 and provides the operating power for these elements. In a similar way These components are connected to the other pole of the battery 516 via a further electrical line 558. This line is connected to the ground of the machine 512.
Die Wasser-Einspritzpumpe 540 drückt durch eine Leitung 559 Wasser in die Primärmaschine 512. Der Wasserstrom ist durch ein Temperatursteuerventil 560 gesteuert. Die Brennstoffzufuhr zur Primärmaschine 512 erfolgt von der Brennstoffeinspritzpumpe 542 entsprechend der Einstellung eines Brennstoff-Zufuhrventils (Gaspedal) 564 über eine Brennstoff-Zufuhrleitung 562.The water injection pump 540 pushes water into the primary machine 512 through a line 559. The water flow is through a temperature control valve 560 is controlled. The fuel supply to the primary machine 512 takes place from the fuel injection pump 542 in accordance with the setting of a fuel supply valve (Accelerator pedal) 564 via a fuel supply line 562.
Komprimierte Luft wird über eine vom Aufladeverdxchter 544 kommende Leitung 566 in die Einlaßkammern 466 auf beiden Seiten der Primärmaschine 512 zugeführt. Die Luft wird durch geeignete Richtungsbleche, die in Fig. 20 schematisch durch das Bezugszeichen 568 dargestellt sind, vom Propeller 552 durch den Kompressor 554 zum Aufladeverdichter 544 angesaugt. Compressed air is supplied via a supercharger compressor 544 incoming line 566 is fed into inlet chambers 466 on either side of primary machine 512. The air gets through suitable directional plates, which are shown schematically in FIG. 20 by the reference numeral 568, from the propeller 552 sucked by compressor 554 to boost compressor 544.
Durch den Aufladeverdichter 544 läuft eine Wasserkühlschlange 570, welche durch einen Wasserfilter 571 aus einem Wärmetauscher 57 2 kommt. Nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher 57 2, den Filter 571 und den Aufladeverdichter 544 wird das in der Schlange 570 enthaltene Wasser zur Wasserpumpe 540 geleitet und von dort in die Primärmaschine 512 eingespritzt.A water cooling coil runs through the boost compressor 544 570, which comes from a heat exchanger 57 2 through a water filter 571. After passing through the heat exchanger 57 2, the filter 571 and the supercharging compressor 544, the water contained in the coil 570 is directed to the water pump 540 and from there injected into the primary machine 512.
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Die Brennstoffpumpe542 wird von einem primären Brennstofftank 574 über eine Brennstoffleitung 576 gespeist. Eine zweite Leitung 578 führt Brennstoff aus dem Tank 574 zu einer kleinen katalytisch/Heizvorrichtung 580, die unter dem Wärmetauscher 572 angeordnet ist und vor allem bei niedrigen Umgebungstemperaturen für einen Frostschütz sorgt. Die Verwendung dieses Bauteils ist beliebig und hängt von den Arbeitsbedingungen des Systems ab.The fuel pump 542 is fed from a primary fuel tank 574 via a fuel line 576. A second Line 578 carries fuel from tank 574 to a small catalytic / heating device 580 located below the Heat exchanger 572 is arranged and provides frost protection, especially at low ambient temperatures. The usage this component is arbitrary and depends on the working conditions of the system.
Ein Kühlmittelkondensator 554, der von herkömmlicher Ausführung sein kann, weist eine Kühlmittel-führende Kühlspirale 582 auf. Das Kühlmittel gelangt von der Zusatzmaschine 534 über eine Leitung 584 zum Kondensator 554. Dort wird es in Dampfphase zugeführt, im Kondensator 554 kondensiert und einem Trockner 586 zugeführt. Das flüssige Kühlmittel vom Trockner 586 wird sodann über eine Leitung 588 einer gewöhnlich als Schraubenpumpe ausgebildeten Pumpe 590 zugeführt und gelangt von dort über ein Kontrollventil zum Wärmetauscher 574.A coolant condenser 554, which may be of conventional design, has a coolant-carrying cooling coil 582 on. The coolant arrives from the auxiliary machine 534 via a line 584 to the condenser 554. There it is fed in the vapor phase, condensed in the condenser 554 and fed to a dryer 586. The liquid coolant from The dryer 586 is then fed via a line 588 to a pump 590, which is usually designed as a screw pump, and From there it reaches the heat exchanger 574 via a control valve.
Die in diesem System vorzugsweise verwendeten Kühlmittel sind solche aus der Freongruppe, gewöhnlich Freon 11 oder Freon 12. Sie sind aufgrund ihrer Unbrennbarkeit, ihrer ausgezeichneten chemischen und thermischen Stabilität, ihrer hohen Dichte, ihres niedrigen Siedepunkts, ihrer niedrigen Viskosität und ihrer geringen Oberflächenspannung besonders günstig.The refrigerants preferably used in this system are those of the Freon group, usually Freon 11 or Freon 12. Due to their incombustibility, their excellent chemical and thermal stability, their high density, their low boiling point, their low viscosity and their low surface tension are particularly favorable.
Die Freonpumpe 590 wird durch einen besonderen Steuerkasten 594 in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmetauschers 574 und des Freondampfs in den Freonleitungen des Wärmetauschers nach Maßgabe eines Thermostaten 596 gesteuert. Der Thermostat 596 ist mit dem Steuerkasten 594 über eine elektrische Leitung 598 verbunden. Der Steuervorrichtung 594 wird auch der durch einen Druckfühler 600 in einer Leitung 602 gemessene Freondruck in der Leitung 598 an der Abströmseite des Kontroll— knopfs 592 als Meßgröße zugeführt.The Freon pump 590 is controlled by a special control box 594 as a function of the temperature of the heat exchanger 574 and the freon vapor in the freon lines of the heat exchanger controlled according to a thermostat 596. The thermostat 596 is connected to the control box 594 via an electrical line 598 connected. The controller 594 also receives the Freon pressure measured by a pressure sensor 600 in a line 602 in the line 598 on the downstream side of the control button 592 supplied as a measured variable.
Durch eine Dampfleitung 604 und von der Primärmaschine 512Through a steam line 604 and from the primary engine 512
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kommende Zuführleitungen wird dem Wärmetauscher 574 Dampf zugeführt.Incoming supply lines will steam to heat exchanger 574 fed.
Das dem Wärmetauscher 574 über die Leitung 588 zugeführte flüssige Freon wird in einer Reihe von Schlangen 606 im.The liquid freon supplied to heat exchanger 574 via line 588 is in a series of coils 606 in the.
Wärmetauscher verdampft und in einem Freon-Sammelbehälter 608 bei etwa 120° C-und 42 kg/cm Dampfdruck gesammelt. Danach wird es zum Antrieb der Zusatzmaschine 534 verwendet, wobei seine Zufuhr unter Steuerung durch ein mechanisch (614) betätigtes Drosselventil 564 durch die Leitung 610 erfolgt. Sobald das Freon in die Maschine 534 abgelassen wird, kann es im Verhältnis von 4 oder 5 zu 1 expandieren, wobei die im Freon enthaltene Energie zum Antrieb der Maschine dient. Der Grad der zugelassenen Expansion richtet sich nach der Zeit, in der die Einlaßventile (nicht dargestellt) offen gehalten werden. Die Maschine 534 kann beispielsweise die in der US-PS 3 743 457 beschriebene Ausführung haben oder ähnlich einem der Sekundärabschnitte 124 oder 126 der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein, wobei die Antriebsenergie einfach dadurch gewonnen wird, daß mehrere der Expansionskammern mit dem unter Druck stehenden Gas beaufschlagt werden.Heat exchanger evaporates and in a freon collecting tank 608 collected at about 120 ° C and 42 kg / cm vapor pressure. It is then used to drive the auxiliary machine 534, its supply being controlled by a mechanical (614) actuated throttle valve 564 takes place through line 610. Once the freon is drained into machine 534, can expand it at a ratio of 4 or 5 to 1, with the energy contained in the freon serving to drive the machine. The degree of permitted expansion depends on the time in which the inlet valves (not shown) are kept open will. The machine 534 may be of the type described in US Pat. No. 3,743,457 or the like one of the secondary sections 124 or 126 of the present invention, the drive power being simple is obtained in that several of the expansion chambers are acted upon with the pressurized gas.
Ein Ablaßventil 616 kann gegebenenfalls zum Ablassen des Kondensats aus dem Wärmetauscher 572 vorgesehen sein.A drain valve 616 can optionally be used to drain the condensate from the heat exchanger 572 may be provided.
Ein Sammelbehälter 618 für Verunreinigungen ist austauschbar oder erneuerbar angebracht und fängt das kondensierte Wasser aus dem Wärmetauscher 474 auf, durch den die Abgase aus der Primärmaschine vor deren Ablassen aus einer Auspuffleitung 620 geleitet werden.A collection container 618 for impurities is replaceable or renewable and catches the condensed water from the heat exchanger 474, through which the exhaust gases from the primary machine are discharged from an exhaust line before they are discharged 620 are directed.
Zum besseren Verständnis werden im folgenden der Wärmetauscher 572 und der Verunreinigungsabscheider 618 genauer beschrieben, und zwar in Verbindung mit den Figuren 22 und 23.For a better understanding, the heat exchanger 572 and the contamination separator 618 are described in more detail below, in conjunction with FIGS. 22 and 23.
Gase aus der Primärmaschine 512 treten bei einer Temperatur von angenähert 120° C aus. Da sie direkt zum WärmetauscherGases from the primary machine 512 exit at a temperature of approximately 120 ° C. As it goes directly to the heat exchanger
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über eine relativ kurze Abgasleitung 604 gelangen, haben sie auch beim Eintritt in den Wärmetauscher 57 2 etwa diese Temperatur. Daher steht eine beträchtliche Wärmeenergie zur Verfugung, die in diesen» System Arbeit zu leisten hat, wobei jedoch ein wirksames Untersystem zur Gewinnung und Nutzbarmachung dieser Wärme erforderlich ist.reach via a relatively short exhaust gas line 604, they also have approximately this temperature when entering the heat exchanger 57 2. Hence there is a considerable amount of thermal energy available which has to do work in this »system, whereby however, an effective subsystem for the extraction and utilization of this heat is required.
Der Wärmetauscher 572 weist in bevorzugter Ausführungsform mehrere halbunabhängige Abschnitte auf, welche in der dargestellten Weise angeordnet sind. Die verschiedenen dargestellten Abschnitte werden von oben nach unten im folgenden als Abschnitte A, B, C und D bezeichnet.In a preferred embodiment, the heat exchanger 572 a plurality of semi-independent sections arranged in the manner shown. The various depicted Sections are referred to below as sections A, B, C and D from top to bottom.
Abschnitt A weist ein Gehäuse 622 mit einem Freon-Sammelbe— hälter 623 auf. Der Sammenbehälter 622, der den Sammelbehälter 608 in Fig. 20 bilden kann, ist einfach als relativ großvolumiger Vorratsbehälter ausgebildet. Gegebenenfalls kann er auch als Leitung 606 mit entsprechend vergrößertem Druchmesser ausgebildet sein. Eine Schlange 606 und eine Auslaßleitung 610 sind jeweils mit den unteren und oberen Enden des Behälters 623 verbunden. Die Schlange 606, die den Abschnitt B nahe dessen oberen Ende verläßt, tritt in das Gehäuse 622 relativ weit unten ein. In der Regel hat der im Abschnitt A befindliche Abschnitt der Schlange 606 einen größeren Durchmesser als diejenigen in den Abschnitten B, C und D.Section A has a housing 622 with a freon collector. container 623 on. The collecting container 622, which can form the collecting container 608 in FIG. 20, is simple as having a relatively large volume Formed reservoir. If necessary, it can also be designed as a line 606 with a correspondingly enlarged diameter be. A coil 606 and an outlet conduit 610 are connected to the lower and upper ends of the container, respectively 623 connected. The coil 606 exiting section B near the top thereof enters the housing 622 relatively far down a. Typically, the section of the serpentine 606 located in section A has a larger diameter than those in Sections B, C, and D.
Im Boden des Abschnitts A sind mehrere Löcher 624 ausgebildet, in die eine entsprechende Anzahl von Rohren 626 eingesetzt sind. Diese Rohre sind in den Löchern bzw. Bohrungen 624 befestigt und erstrecken sich nach unten in den Abschnitt B bis kurz über dessen Bodenwand.A plurality of holes 624 are formed in the bottom of section A, into which a corresponding number of tubes 626 are inserted are. These tubes are secured in holes 624 and extend down into section B. until just above its bottom wall.
Ähnlich dem Abschnitt A hat auch der Abschnitt B eine Wand 628; Abschnitt C hat eine Wand 630 und Abschnitt D hat eine Wand 632. In mehreren Löchern 634 der Bodenwand des Abschnitts B sind Rohre 636 befestigt, die sich von der Wand aus nach oben uncJtmten erstrecken. Sie reichen bis in die Nähe der WandSimilar to section A, section B also has a wall 628; Section C has a wall 630 and Section D has one Wall 632. In several holes 634 in the bottom wall of section B pipes 636 are attached, which extend from the wall to extend above uncJtmten. They reach close to the wall
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622 des Abschnitts A und nach unten ebenfalls bis in die Nähe der Bodenwand 630 des Abschnitts C.622 of section A and down also to the Near the bottom wall 630 of section C.
Auch der Abschnitt C ist mit mehreren Rohren 638 ausgestattet, die sich nach oben und unten durch Löcher 640 in der WandSection C is also equipped with several pipes 638, which extends up and down through holes 640 in the wall
630 erstrecken und nahe der Wand 628 des Abschnitts B bzw. der Wand 632 des Abschnitts D enden.630 extend and terminate near wall 628 of section B and wall 632 of section D, respectively.
Die Freonschlange 606 ist in den entsprechenden Abschnitten in unmittelbarer Nähe der zuvor erwähnten Rohre angeordnet. Die Rohre 626, 636 und 638 sind mit den zugehörigen Bodenwänden verlötet, verschweißt oder in anderer Weise verbunden. Ihre Durchmesser sind ansich unkritisch, jedoch müssen ihre Abmessungen so gewählt sein, daß sie einen ungehinderten . Durchfluß der Auspuffgase und des Kondensats ohne übermäßigen Rückdruck im System ermöglichen.The freon coil 606 is arranged in the respective sections in close proximity to the aforementioned tubes. The tubes 626, 636 and 638 are soldered, welded or otherwise connected to the associated bottom walls. Their diameters are not critical per se, but their dimensions must be chosen so that they are unimpeded. Allow exhaust gases and condensate to flow without excessive back pressure in the system.
Eine typische Vorrichtung zur Verbindung der verschiedenen Behälterabschnitte ist in Fig. 22 gezeigt. Die Tankwand 622 des Abschnitts A weist beispielsweise einen Flanschteil 642 auf, der mit einem ähnlichen Flansch 644 an dem oberen Umfang der Behälterwand 628 des Abschnitts B verschraubt ist. Eine herkömmliche Dichtung 646 kann an einem oder beiden Flanschen 64 2 und 644 vorgesehen sein.A typical device for connecting the various container sections is shown in FIG. The tank wall 622 of section A has, for example, a flange portion 642 that mates with a similar flange 644 on the upper periphery the container wall 628 of section B is screwed. One conventional seal 646 may be provided on one or both of the flanges 64 2 and 644.
Eine Ablaßleitung 648 ist am Bodenabschnitt der Wand 628 des Abschnitts B angeordnet, durch die nach Öffnen eines Ventils 650 der Tankabschnitt voll-ständig entleert werden kann. Diese Ablaßleitung dient zusammen mit dem Steuerventil auch zur Überführung des im Tankabschnitt B gesammelten Kondensats zur Maschine 512, falls dies sich als erforderlich erweisen sollte. Eine Zweigleitung 652 geht von der Leitung 648 aus und führt schlangenartig durch den Tankabschnitt C. Diese Zweigleitung 652 tritt an der Bodenwand 630 in den Tankabschnitt D ein, wird auch durch diesen Abschnitt schlangenförmig durchgeführt und tritt durch die Wand 632 des Abschnitts D aus. Am Ende dieser Leitung ist ein Steuerventil 654 vorgesehen.A drain line 648 is located at the bottom portion of wall 628 of section B through which upon opening of a valve 650 the tank section can be completely emptied. This drain line is used together with the control valve to Transfer of the condensate collected in tank section B to machine 512 if this proves necessary should. A branch line 652 extends from line 648 and serpentines through tank section C. This Branch 652 enters tank section D at bottom wall 630, becoming serpentine through this section as well and exits through wall 632 of section D. A control valve 654 is provided at the end of this line.
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Getrennte Ablaßleitungen 656 und 658, die durch Ventile 660 und 662 geschlossen sind, sind auch den Tankabschnitten C und D zugeordnet. Hinter den Ventilen 650 und 654 werden die Leitungen 648 und 652 gewöhnlich zusammengeführt, um die Überführung des Kondensats zur Maschine zu erleichtern.Separate drain lines 656 and 658 closed by valves 660 and 662 are also provided to tank sections C. As shown in FIG and D. After the valves 650 and 654, the lines 648 and 652 are usually brought together to to facilitate the transfer of the condensate to the machine.
In einem Arbeitszylkus der Maschine sind Abgase und Kondensat in den verschiedenen Tankabschnitten enthalten. Flüssiges Freon gelangt über die Leitung 588 in den Wärmetascher und tritt über die Schlange 606 mit einem Kondensat und den Abgasen in eine Wärmetauscherbeziehung. Während des Durchlaufs durch die Schlange 606 wird von dem flüssigen Freon eine beträchtliche Wärmemenge absorbiert, wodurch die Freonflüssig— keit verdampft.A working cycle of the machine contains exhaust gases and condensate in the various tank sections. Liquid Freon enters the heat exchanger via line 588 and enters via coil 606 with a condensate and the exhaust gases into a heat exchange relationship. During the passage through the queue 606, the liquid freon becomes a absorbs a considerable amount of heat, causing the freon liquid to evaporate.
Der größte Teil der Energie der den Wärmetauscher 572 über die Leitung.604 erreichenden Abgase ist in dem Wasserdampfabschnitt in Form von Verdampfungswärme enthalten. Die Temperatur im Abschnitt A bleibt nahezu konstant, obwohl Freon in diesem Abschnitt zumindest vorverdampft wird. Das Freon in den Schlangen 606 ruft einen Dampfdruck von angenähert 43 kg/cm hervor, wenn die Freontemperatür 120° C beträgt. Angenähert 6 kg von Freon 12 können mit 0,45 kg Wasserdampf verdampft werden, wenn das Wasser bei einer vorgegebenen Temperatur kondensiert. Angenähert zwei Volumeneinheiten von Freon werden mit einer einzigen Volumeneinheit von kondensiertem Wasser in diesem Warmetauschverfahren gebildet.Most of the energy of the exhaust gases reaching heat exchanger 572 via line 604 is in the water vapor section contained in the form of heat of vaporization. The temperature in section A remains almost constant, although Freon is at least pre-evaporated in this section. The freon in queues 606 gets a vapor pressure of approximately 43 kg / cm when the Freon temperature is 120 ° C. Approximately 6 kg of Freon 12 can be vaporized with 0.45 kg of water vapor when the water is at a given temperature condensed. Approximately two units of volume of freon are condensed with a single unit volume of Water is formed in this heat exchange process.
Wenn die Maschinenabgase in den Abschnitt A des Wärmetauschers gelangen, kommen sie sowohl mit dem Freonbehälter 624 als auch dem Abschnitt der Freonschlange 606 in Kontakt, der einen relativ großen Durchmesser hat. Während des Wärme— tauschvorgangs wird ein großer Teil der im Abgas enthaltenen Energie freigesetzt und der im Abgas enthaltene Wasserdampf aus den 'Abgasprodukten kondensiert. Das kondensierte Wasser wird im Bodenbereich des Abschnitts A gesammelt und über die Rohre 626 in den Abschnitt B überführt· Dieses KondensatWhen the engine exhaust enters section A of the heat exchanger, it comes with both Freon canister 624 and also contact the portion of the freon coil 606 which is relatively large in diameter. During the warmth During the exchange process, a large part of the energy contained in the exhaust gas is released, as does the water vapor contained in the exhaust gas condensed from the 'exhaust products. The condensed water is collected in the bottom area of section A and over the pipes 626 transferred to section B. This condensate
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baut sich sodann im Abschnitt B soweit auf, bis es das durch die oberen Enden der Rohre 634 definierten Niveau erreicht. Sodann fließt es über diese Rohre nach unten in Abschnitt C, wo sich der zuvor beschriebene Vorgang wiederholt. Das Kondensat steigt also auch im Abschnitt C soweit, bis es über die oberen Enden der Rohre 640 in den darunterliegenden Abschnitt D fließt und auch diesen Abschnitt bis zum einem Auslaß 664 in der Nähe der Decke des Abschnitts D füllt.then builds up in section B until it reaches the level defined by the upper ends of the tubes 634. It then flows down these pipes into section C, where the process described above is repeated. The condensate so also rises in section C until it passes over the upper ends of the tubes 640 into the section below D flows and also fills this section to an outlet 664 near the ceiling of section D.
Die in Abschnitt A teilweise heruntergekühlten Abgase werden ebenfalls über die Rohre 626 nach unten geleitet. Sie perlen sodann durch das in Abschnitt B aufgefangene Kondensat nach oben, wobei sie wiederum ihre Wärme an das Kondensat abgeben. Obwohl die Temperatur im Abschnitt B nahezu gleich derjenigen im Abschnitt A ist, befindet sich bereits der größte Teil der Wärmeenergie zu diesem Zeitpunkt im Kondensat, so daß ein außergewöhnlich wirksames Wärmeübertragungsmedium für das in den Schlangen 606 in diesem Abschnitt enthaltene flüssige Freon gebildet ist.The exhaust gases, which are partially cooled down in section A, are also conducted downwards via the pipes 626. You pearl then through the condensate collected in section B upwards, where they in turn give off their heat to the condensate. Although the temperature in section B is almost the same as that in section A, most of it is already there the heat energy at this point in the condensate, making an exceptionally effective heat transfer medium for the liquid freon contained in the snakes 606 in this section is formed.
Der WärmeübergangsVorgang setzt sich fort, wobei die verbleibenden Abgase mit dem überfließenden Kondensat aus dem Abschnitt B durch die Rohre 634 in den Abschnitt C gelangen. In diesem Abschnitt perlen sie wieder durch das Kondensat nach oben und von dort gelangen sie durch die Rohre 638 in den Abschnitt D.The heat transfer process continues, with the remaining Exhaust gases with the overflowing condensate pass from section B through pipes 634 into section C. In In this section they bead up again through the condensate and from there they pass through the pipes 638 section D.
Da ein beträchtlicher Teil der Wärme aus den Abgasen in Abschnitt B in das Kondensat überführt wird, bleibt im Abschnitt C nur noch ein entsprechend geringerer Teil für die Wärmeübertragung. Daher ist die Temperatur im Abschnitt C wesentlich niedriger als im Abschnitt B. Aus demselben Grund ist die Temperatur des Kondensats im Abschnitt D wiederum niedriger.Since a considerable part of the heat from the exhaust gases is transferred to the condensate in section B, it remains in the section C only a correspondingly smaller part for the heat transfer. Therefore, the temperature in section C is essential lower than in section B. For the same reason, the temperature of the condensate in section D is again lower.
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Wie im Zusammenhang mit der Rotationsmaschine gemäß Fig. 3 bis 20 erläutert wurde, verbessern die in dem Brennraum her-. vorgerufenen hohen Temperaturen die Verbrennung und tragen zu dem hohen thermischen Wirkungsgrad der Maschine bei. Generell ist derthermische Wirkungsgrad umso größer, je hoher ' die Verbrennungstemperatur ist. Diese hohe Temperatur führte jedoch wegen des Gehalts der Luftmischung an Stickstoff und Sauerstoff zu einer prozentual beträchtlichen Produktion von Stickstoffmonoxid (NO), wenn die Temperatur 600° C übersteigt. Bei ca. 1480° C wird etwa 0,5 % Stickstoffmonoxid erzeugt. Dieser prozentuale Anteil steigt rasch auf etwa 4 % bei 27600C an.As was explained in connection with the rotary machine according to FIGS. 3 to 20, the improve in the combustion chamber. pre-called high temperatures the combustion and contribute to the high thermal efficiency of the machine. In general, the higher the combustion temperature, the greater the thermal efficiency. However, this high temperature resulted in a significant percentage production of nitric oxide (NO) when the temperature exceeded 600 ° C because of the nitrogen and oxygen content of the air mixture. At approx. 1480 ° C, about 0.5% nitrogen monoxide is produced. This percentage rises rapidly to about 4% at 2760 0 C.
Aus diesem Grund enthalten die von der erfindungsgemäßen Ma- · schine in den Wärmetauscher gelangenden Abgase einen beträchtlichen Anteil an Stickstoffmonoxid. Wenn die Abgase mit dem kondensierten Wasser in Kontakt kommen und in den entsprechenden Wärmetauscherabschnitten aufgefangen werden, wird das Stickstoffmonoxid auf seine Formationstemperatur von 6000C im Beisein von Sauerstoff herabgekühlt. Dadurch ergibt sich die Umwandlung in Stickstoffdioxid (2NOp) mit der folgenden Reaktion:For this reason, the exhaust gases reaching the heat exchanger from the machine according to the invention contain a considerable proportion of nitrogen monoxide. When the exhaust gases come into contact with the condensed water and are collected in the corresponding heat exchanger sections, the nitrogen monoxide is cooled down to its formation temperature of 600 ° C. in the presence of oxygen. This results in the conversion to nitrogen dioxide (2NOp) with the following reaction:
2NO2 + O2 ΞΞ 2NO2 2NO 2 + O 2 ΞΞ 2NO 2
Es werden auch Schwefeldioxid (SOp) und andere chemische Verbindungen erzeugt. Es ist. zu beachten, daß Stickstoffmonoxid nur geringfügig in Wasser löslich ist, während Stickstoffdioxid durch Wasser unter Bildung einer wässerigen Lösung aus salpetriger Säure und Salpetersäure in der folgenden Reaktion zersetzt wfrd:It also gets sulfur dioxide (SOp) and other chemical compounds generated. It is. Note that nitric oxide is only slightly soluble in water, while nitrogen dioxide is by water to form an aqueous solution of nitrous acid and nitric acid in the following reaction decomposes wfrd:
2NO2 + H2O ^U HNO2 + HNO3 Wenn Stickstoffmonoxid, der sich bei der Verbrennung bildet,2NO 2 + H 2 O ^ U HNO 2 + HNO 3 If nitrogen monoxide, which is formed during combustion,
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bei einer Temperatur von etwa 6000C in die Atmosphäre abgelassen wird, bevor er mit. Sauerstoff unter Bildung von Stickstoffdioxid in der Maschine reagiert hat, findet diese Reaktion in der Atmosphäre statt. Da Stickstoffdioxid braun ist, ruft er einen Atmosphärenzustand hervor, der gewöhnlich als •smog1 bezeichnet wird. Da die Auspuffgase bei konventionellen Brennkraftmaschinen mit Temperaturen von mehr als 6000C ausgestoßen werden, ergeben sich die großen Mengen an Stickstoffmonoxid und 'smog1.is released into the atmosphere at a temperature of about 600 ° C. before it is used. If oxygen has reacted in the machine to form nitrogen dioxide, this reaction takes place in the atmosphere. Because nitrogen dioxide is brown, it creates a state of the atmosphere commonly referred to as • smog 1 . Since the exhaust gases in conventional internal combustion engines are emitted at temperatures of more than 600 ° C., the large amounts of nitrogen monoxide and smog 1 result .
Das Stickstoffdioxid, das Schwefeldioxid und in geringerem Umfang andere Abgase des beschriebenen Maschinensystems werden insbesondere in Abschnitt C des Wärmetauschers durch das Wasser absorbiert, wobei sich eine wässerige Lösung aus salpetriger Säure und Salpetersäure bildet und aus dem Schwefeldioxid schwefelige Säure gebildet wird. Während des Verbren— nungsvorgangs gebildetes Stickstoffmonoxid, das bis zum Erreichen des Abschnitts C in Stickstoffdioxid umgewandelt ist, reagiert mit der schwefeligen Säure unter Bildung von Stickoxid und verdünnter Schwefelsäure. Da das gebildete Stick— oxid in Wasser besser löslich als Schwefelmonoxid ist, unterstützt diese Reaktion wiederum die Absorption von Verunreinigungen. The nitrogen dioxide, the sulfur dioxide and to a lesser extent other exhaust gases of the machine system described are in particular in section C of the heat exchanger through the water absorbed, forming an aqueous solution of nitrous acid and nitric acid and of the sulfur dioxide sulphurous acid is formed. Nitric oxide formed during the combustion process, which remains until it is reached of section C is converted into nitrogen dioxide, reacts with the sulphurous acid to form nitric oxide and dilute sulfuric acid. Since the nitrogen oxide formed is more soluble in water than sulfur monoxide, supports this reaction in turn results in the absorption of impurities.
Mit anderen Worten, die Abgase werden bei dem erfindungsgemäßen System durch Wasserinjektion und doppelte Expansion auf eine Temperatur von etwa 1200C gekühlt. Danach werden «ie mit Luft vermischt, der Wasserdampf wird kondensiert und die Stickoxide und die Schwefeldioxide werden absorbiert. Die restlichen Gase werden mit Wasser gereinigt, bevor sie in die Atmosphäre freigesetzt werden. Zusätzlich kann ein Teil des im Abgas enthaltenen Stickstoffmonoxid bei Vorhandensein von schwefeliger Säure im reinigenden Wasser in NpO umgesetzt werden. Wenn Schwefel im Brennstoff vorhanden ist, wird der Schwefel in Schwefeldioxid während des Verbrennungs-In other words, in the system according to the invention, the exhaust gases are cooled to a temperature of approximately 120 ° C. by water injection and double expansion. Then they are mixed with air, the water vapor is condensed and the nitrogen oxides and the sulfur dioxide are absorbed. The remaining gases are cleaned with water before they are released into the atmosphere. In addition, part of the nitrogen monoxide contained in the exhaust gas can be converted into NpO in the presence of sulphurous acid in the cleaning water. If sulfur is present in the fuel, the sulfur is converted into sulfur dioxide during the combustion
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Prozesses umgesetzt. Schwefeldioxid reagiert mit Wasser unter Bildung von schwefeliger Säure, die wiederum reagiert mit Schwefelmonoxid wie folgt:Process implemented. Sulfur dioxide reacts with water under Formation of sulphurous acid, which in turn reacts with sulfur monoxide as follows:
S+O2 = SO2 S + O 2 = SO 2
SO2 + H2O = H2 S0_SO 2 + H 2 O = H 2 S0_
2NO + H2SO3 = N2O + H2 SO4 2NO + H 2 SO 3 = N 2 O + H 2 SO 4
Da SO2 und N0O in Wasser leicht löslich sind, ist das Waschwasser in dieser Stufe aus wässerigen Lösungen von salpetriger Säure, Schwefelsäure, Salpetersäure und schwefeliger Säure zusammengesetzt.Since SO 2 and N 0 O are easily soluble in water, the wash water in this stage is composed of aqueous solutions of nitrous acid, sulfuric acid, nitric acid and sulphurous acid.
Wegen dieses Säuregehalts ist es zweckmäßig, die im Wasser absorbierten Säuren zeitweilig zu neutralisieren. Daher kann im Abschnitt C ein geeigneter Einlaß 663 angeordnet sein, durch den eine geeignete Menge von Ammoniumhydroxid oder Natriumhydroxid eingeführt werden kann. Ein Texl des riyaroxids wird von dem im Abgas enthaltenen Kohlendioxid in ein Karbonat umgesetzt. Das Karbonat reagiert sodann mit den Salpe-. tersäuren unter Bildung eines Nitrits, das gegebenenfalls zu einem Düngemittel weiterverarbeitet werden kann.Because of this acidity, it is advisable to temporarily neutralize the acids absorbed in the water. Hence can a suitable inlet 663 may be located in section C through which a suitable amount of ammonium hydroxide or sodium hydroxide can be introduced. A Texl of the riyaroxids is converted into a carbonate by the carbon dioxide contained in the exhaust gas. The carbonate then reacts with the salt. tertiary acids with the formation of a nitrite, which can optionally be further processed into a fertilizer.
Das aus dem Wärmetauscherabschnitt D über einen Auslaß 664 abgezogene Kondensat wird in einen Separator-Behälter 666 eingeleitet, der einen Teil des Verunreinigungsabscheiders 618 bildet% Dieser Separator-Behälter 666 hat die Form eines länglichen Tanks und er weist eine zentral angeordnete Prallplatte 668 auf. Der Separator-Behälter 666 ist an den stationären Teil des Abscheiders angeschraubt oder in einer anderen Weise lösbar befestigt, damit er zu gegebener Zeit entleert werden kann.The condensate withdrawn from the heat exchanger section D via an outlet 664 is transferred to a separator container 666 which forms part of the impurity separator 618% This separator tank 666 is in the form of a elongated tanks and it has a centrally located baffle plate 668. The separator container 666 is attached to the stationary Part of the separator screwed on or releasably fastened in some other way to allow it in due course can be emptied.
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Ein Überlauf 674 verbindet den Separator-Behälter 666 mit einem Kondensatortank 676, der Kühllamellen 678 und ein Ablaßventil 680 an seinem unteren Ende aufweist. Dieser Kondensatorbehälter 676 ist gewöhnlich im Kühlluftstrom des Maschinenventilators angeordnet.An overflow 674 connects the separator container 666 with a condenser tank 676, cooling fins 678 and a drain valve 680 at its lower end. This condenser container 676 is usually in the cooling air flow of the machine fan arranged.
Zu diesem Zeitpunkt ist das Abgas der Primärmaschine sowohl von Wärmeenergie als auch von Verunreinigungen befreit. Es enthält jedoch noch eine große Menge an Wasserdampf, da es sich im Sättigungszustand nach dem Aufsteigen durch das Kondensat im Wärmeaustauscher befindet. Der größte Teil dieses Wasserdampfs wird aus den gesättigten Gasen im Kondensator— tank 676 entfernt. Die im wesentlichen trockenen Auspuffgase werden sodann über das Auspuffrohr 682 am oberen Ende des Kondensatortanks 676 abgelassen.At this point in time, the exhaust gas from the primary machine has been freed of both thermal energy and impurities. It However, it still contains a large amount of water vapor, as it is in the saturation state after rising through the condensate located in the heat exchanger. Most of this water vapor is made up of the saturated gases in the condenser— tank 676 removed. The substantially dry exhaust gases are then passed through the exhaust pipe 682 at the top of the Condenser tanks 676 drained.
Wie oben bereits erwähnt, ist es bei dem erfindungsgemäßen System wegen der aus den Abgasen gewonnenen großen Menge an kondensiertem Wasser unnötig, dem System zusätzlich Wasser zuzuführen. Das im Wärmetauscher 572 kondensierte oder erzeugte Wasser kann in geeigneter Weise dem Wärmeaustauscher entnommen, zur Primärmaschine zurückgeführt und dort sowohl als Kühlmittel als auch als Injektionswasser für die Brennkammer verwendet werden. Dies geschieht ohne die Gefahr der. Korrosion, da das Wasser über die Leitungen 646 aus dem Abschnitt B des Wärmetauschers und/oder über die Leitung 652 abgezogen werden kann, also bevor die Säuren gebildet werden. Dieses Wasser befindet sich gewöhnlich auf einer Temperatur von angenähert 1200C. Das im Abschnitt D über die Leitung 6S2 entnommene Wasser ist in den Abschnitten C und D angenähert auf Umgebungstemperatur herabgekühlt. Durch geeignete Einstellung der Ventile 650 und 654 kann der den einzelnen Zonen des Wärmetauschers entnommene Wasseranteil ebenso eingestellt werden wie die Temperatur des Wassers.As already mentioned above, in the system according to the invention, because of the large amount of condensed water obtained from the exhaust gases, it is unnecessary to supply additional water to the system. The water condensed or generated in the heat exchanger 572 can be removed from the heat exchanger in a suitable manner, returned to the primary machine and used there both as a coolant and as injection water for the combustion chamber. This is done without the risk of. Corrosion, since the water can be drawn off via the lines 646 from section B of the heat exchanger and / or via the line 652, that is to say before the acids are formed. This water is usually at a temperature of approximately 120 0 C. The via line 6S2 taken in section D of water is approximated in sections C and D cooled down to ambient temperature. By suitably setting the valves 650 and 654, the proportion of water withdrawn from the individual zones of the heat exchanger can be set, as can the temperature of the water.
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Von Bedeutung ist ferner die Tatsache, daß das in der Maschine verwendete Wasser auf Grund des Abziehens von Wasser aus dem Abschnitt B nur einen minimalen Anteil von Abgasverunreinigungen, z.B. Stickoxid, Kohlendioxid und Schwefeldioxid, enthält, da diese Gase im siedenden Wasser nicht absorbiert werden und das Wasser im Abschnitt B auf einer Temperatur nahe dem Siedepunkt ist. Dadurch wird eine weitere Filterung des Wassers vor dessen Rückführung überflüssig.Also of importance is the fact that the water used in the machine is due to the removal of water from Section B only has a minimal proportion of exhaust gas pollutants, e.g. nitrogen oxide, carbon dioxide and sulfur dioxide, as these gases are not absorbed in boiling water and the water in section B is at a temperature close to the boiling point. This does another filtering of the water is superfluous before it is returned.
Die erheblichen Verbesserungen, die die Erfindung insbesondere hinsichtlich des Betriebswirkungsgrades erreicht, ergeben sich besonders deutlich bei vergleichender Betrachtung der Fig. 24, 25 und 26. Fig. 24 zeigt die schlechte Ausnutzung von 20 % der Brennstoffenergie in einer herkömmlichen Brennkraftmaschine. Die übrigen 80 % werden für das Kühlsystem (35 %), Reibung (10 %) und Abgase (35 %) verbraucht. Wie in Fig. 25 zu sehen ist, ist dieser Wirkungsgrad noch durch die Anbringung von Abgasreinigungsvorrichtungen, die jetzt z.T. gesetzlich vorgeschrieben sind, verschlechtert. Hierdurch wird der Gesamtanteil der nutzbaren Energie auf 10 % herabgesetzt.The considerable improvements that the invention achieves, in particular with regard to the operating efficiency, emerge particularly clearly when comparing FIGS. 24, 25 and 26. FIG. 24 shows the poor utilization of 20% of the fuel energy in a conventional internal combustion engine. The remaining 80 % is used for the cooling system (35%), friction (10%) and exhaust gases (35%). As can be seen in FIG. 25, this efficiency is still worsened by the installation of exhaust gas cleaning devices, some of which are now legally required. This reduces the total amount of usable energy to 10%.
Demgegenüber reduziert die Erfindung die Abgasverluste auf 10 % und die Wärmeverluste auf 10 %, während die Reibungsverluste selbstverständlich bei 10 % bleiben. Die dadurch am Ausgang verfügbare Energie von 70 % ist mit 50 % der Primärmaschine und mit 20 % den übrigen Verbesserungen des Systems zuzuschreiben. Da das System zu keiner atmosphärischen Verschmutzung führt, wären Abgasreinigungsvorrichtungen überflüssig. .In contrast, the invention reduces the exhaust gas losses to 10% and the heat losses to 10%, while the friction losses naturally remain at 10%. The resulting 70% energy available at the output is 50% attributable to the primary machine and 20 % to the other improvements in the system. Since the system does not lead to atmospheric pollution, exhaust gas cleaning devices would be superfluous. .
Auch Einzelheiten der zuvor beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind als erfindungswesentlich anzusehen.Details of the previously described embodiment of the system according to the invention are also essential to the invention to watch.
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Claims (23)
und Herbewegung macht,14. Drive system according to claim 13, characterized in that each wing during «
and makes movement,
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