DE3942177A1 - Verfahren fuer rotations-kraftmaschinen und antriebsaggregat zur ausfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für Rotations-Kraftma­ schinen, wobei ein Brennstoff außerhalb der Maschine mit Luft verbrannt, das entstandene Treibgas einem Flügelzellenmotor zugeführt wird und in diesem expandiert, wonach das Abgas aufgrund des sich verkleinernden Arbeitsraumes ausgestoßen wird.

Ein derartiges Verfahren ist in der DE-OS 27 00 848 ange­ deutet, die einen Flügelzellenmotor mit ovaler Gehäusebohrung zeigt, in welcher ein Rotor mittig angeordnet ist. In der Druckschrift ist erwähnt, daß die Verbrennung außerhalb der Maschine stattfindet. Die Druckschrift, in der zwei in der Beschreibung angesprochene Zeichnungsfiguren fehlen, gibt jedoch keinen weiteren Aufschluß darüber, wie sich dieses Verfahren im einzelnen abspielen soll. Es ist lediglich er­ wähnt, daß mit dem bekannten Verfahren eine stetige Verbren­ nung angestrebt wird, die Zahl der für den Aufbau einer sol­ chen Kraftanlage erforderlichen Teile und der gesamte Platz­ bedarf einer solchen Anlage verringert werden soll, sowie die Umweltbelastung gesenkt werden soll.

Als Nachteil der bekannten Anordnung ist insbesondere zu bemängeln, daß der Rotor mittig in der ovalen Gehäusebohrung angeordnet ist und folglich die freien Schieberenden äußerst leistungsverzehrend an der Gehäuseinnenwandung schaben.

Durch die vorliegende Erfindung soll ebenfalls die Aufgabe gelöst werden, ein solches Antriebsaggregat im Aufbau einfach zu gestalten und die thermodynamischen sowie Reibungsverluste so niedrig wie möglich zu halten. Außerdem soll bei dem er­ findungsgemäßen Antriebsaggregat die Verdichterleistung der Motorleistung im Sinne einer möglichst wirtschaftlichen Energieausnutzung angepaßt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung, ausgehend von einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 dargelegten Art dadurch gelöst, daß die angesaugte Verbrennungsluft vorver­ dichtet, gekühlt, nachverdichtet, dann erhitzt, sodann Brenn­ stoff eingebracht und verbrannt und das Verbrennungsgas dem Flügelzellenmotor zugeführt wird, wobei dessen Abgas zum An­ trieb des Vorverdichters und zur Erhitzung der Verbrennungs­ luft benutzt und danach ausgestoßen wird, und wobei ein Teil der Drehenergie zum Antrieb des Nachverdichters genutzt wird. Zweckmäßigerweise ist die zum Antrieb des Nachverdichters dienende Drehenergie drehzahlmäßig regelbar.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll eine Verbesserung des thermodynamischen sowie mechanischen Wirkungsgrades er­ reicht werden.

Außerdem beinhaltet die Erfindung ein Antriebsaggregat zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens. Dies ist Gegen­ stand der Ansprüche 3 bis 6.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:

Fig. 1 einen Schaltplan des Antriebsaggregats,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungs­ gemäßen Flügelzellenmotor entlang der in Fig. 3 gezeigten Linie II-II,

Fig 3 einen Längsschnitt durch den Flügelzellen­ motor entlang der in Fig. 2 gezeigten Linie III-III,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des auf­ geschnittenen Flügelzellenmotors.

In Fig. 1 ist die Anordnung der einzelnen Komponenten im An­ triebsaggregat gezeigt. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet einen Turbolader üblicher Art, der die verdichtete Ladeluft an einen nachgeschalteten Ladeluftkühler 2 abgibt, der seiner­ seits wiederum einen Nachverdichter 3 speist. Die nachver­ dichtete Luft strömt über einen Wärmetauscher 4 in eine Brennkammer 5, welche Treibgas in einen Flügelzellenmotor 6 speist. Der Flügelzellenmotor 6 gibt seinerseits über eine Antriebswelle 7A Antriebsenergie an eine Arbeitsmaschine oder ein Fahrzeug ab und treibt mit einer Antriebszweigwelle 7B ein Getriebe 8 an, dessen treibende Welle 9 den Nachverdich­ ter 3 antreibt.

Der LadeluftkühIer 2, vorzugsweise ein Rippenrohrkühler, kühlt die erwärmte Ladeluft herunter, damit deren anschlie­ ßende Verdichtung im Nachverdichter 3 nicht mit zu hoher An­ fangstemperatur und folglich schlechtem Wirkungsgrad erfolgt. Die im Nachverdichter 3 nachverdichtete Luft nimmt im Wärme­ tauscher 4 die Abwärme vom Turbolader 1 auf, so daß der Brennkammer 5 stark vorgewärmte Verbrennungsluft zugeführt wird. Die Brennstoffzuführung zur Brennkammer 5 kann entweder durch Einspritzung flüssigen Brennstoffs oder durch Ein­ blasung gasförmigen oder staubförmigen Brennstoffs erfolgen. Die Brennkammer 5 liefert folglich Treibgas hohen Druckes und hoher Temperatur, welches im Flügelzellenmotor expandiert. Das Abgas des Flügelzellenmotors 6 dient zum Antrieb des TurboIaders 1.

Das Getriebe 8 kann ein in Stufen schaltbares oder ein stu­ fenlos schaltbares Getriebe sein und es dient zur Anpassung der Leistung des Nachverdichters 3 an die Motorbelastung, wo­ durch der Motor 6 unabhängig von seiner Belastung mit kon­ stant hohem Wirkungsgrad arbeiten soll. Zur Regelung des An­ triebsaggregats kann eine Regelungseinrichtung 10 angeordnet sein, die über die Welle 7A den Augenblickswert des Motor­ drehmoments und der Motordrehzahl abgreift und über ein Rechen- und Schaltwerk die für die jeweilige Motorbelastung günstigste Getriebeübersetzung und somit günstigste Nachver­ dichterleistung schaltet.

Der in Fig. 2 dargestellte Querschnitt durch den Flügelzel­ lenmotor 6 zeigt die in einem hohlzylindrischen Motorgehäu­ se 11 exzentrisch gelagerte Treibwelle 7, die gleichzeitig den im Durchmesser sehr viel größeren Rotor 7a bildet. Die entsprechend der Art der bekannten Flügelzellentechnik im Rotor 7a geführten Schieber 12 weisen an ihren radial inneren Enden Zapfen 13 auf, die in Innenringe von Wälzlagern 14 ein­ greifen. Die Außenringe der Wälzlager 14 laufen auf kongruen­ ten Führungsbahnen, welche an beiden Gehäusestirnseiten ge­ häusezentrisch angeordnet sind. Die bei Rotation des Ro­ tors 7a durch die Fliehkraft nach außen strebenden Schieber 12 drücken also nicht, wie es bei der bekannten Flügelzellen­ technik der Fall ist, auf die Wandung des Gehäuses 11, son­ dern werden von den Wälzlagern 14 gehalten. Dadurch vermin­ dern sich die Reibungsverluste des Flügelzellenmotors.

Es ist selbstverständlich, daß die radial äußeren Enden der Schieber 12 mit geringstem Spiel an der Wandung des Gehäu­ ses 11 entlangstreichen, damit eine möglichst große Dichtheit der einzelnen Rotorkammern sichergestellt bleibt. Gegebenen­ falls können auch Dichtleisten aus hochhitzebeständigem Werk­ stoff vorgesehen sein.

Anstelle der Wälzlager 14 können selbstverständlich auch hierzu äquivalente reibungsarme Führungsmittel vorgesehen sein.

Um über die Wirkungsweise des in Fig. 1 schematisch darge­ stellten Aggregats eine ungefähre Vorstellung zu vermitteln, werden in diesem Schema jeweils am Einlaß und am Auslaß der betreffenden Aggregatskomponenten die dort angestrebten Drücke und Temperaturen angegeben.

Claims (6)

1. Verfahren für Rotations-Kraftmaschinen, wobei ein Brenn­ stoff außerhalb der Maschine mit Luft verbrennt, das ent­ standene Treibgas einem Flügelzellenmotor (6) zugeführt wird und in diesem expandiert und das Abgas aufgrund des sich ver­ kleinernden Arbeitsraumes ausgestoßen wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die angesaugte Verbrennungsluft vorverdichtet, gekühlt, nachverdichtet, dann erhitzt und sodann Brennstoff eingebracht und verbrannt und das Verbrennungsgas dem Flügel­ zellenmotor (6) zugeführt wird, wobei dessen Abgas zum An­ trieb des Vorverdichters (1) und zur Erhitzung der Verbren­ nungsluft benutzt und danach ausgestoßen wird, und wobei ein Teil der Drehenergie zum Antrieb des Nachverdichters (3) ge­ nutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Antrieb des Nachverdichters (3) dienende Drehenergie drehzahlmäßig regelbar ist.

3. Antriebsaggregat zur Ausführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch einen Flügelzellenmotor (6), einen von dessen Abgas angetriebenen Turbolader (1), einen vom Abgas des Turboladers (1) gespeisten Wärmetauscher (4), einen dem Turbolader (1) nachgeschalteten Ladeluftkühler (2), einen diesem nachgeschalteten, vom Flügelzellenmotor ange­ triebenen, den Wärmetauscher (4) speisenden Nachverdich­ ter (3) und eine dem Wärmetauscher (4) nachgeschaltete, den Flügelzellenmotor (6) speisende Brennkammer (5).

4. Antriebsaggregat nach Anspruch 3, zur Ausführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Flügelzellenmotor (6) und dem Nachverdichter (3) ein Schaltgetriebe (8) angeordnet ist.

5. Antriebsaggregat nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10), die das Schaltgetriebe (8) stufenlos in Abhängigkeit von der Motorbelastung steuert.

6. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radial inneren Enden der Schie­ ber (12) des Flügelzellenmotors (6) Zapfen (13) aufweisen, die in Innenringe von Wälzlagern (14) eingreifen, deren Außenringe in kongruenten Führungen geführt sind, welche ihrerseits an beiden Gehäusestirnseiten angeordnet sind.