DE4032630A1

DE4032630A1 - Doppelrotorvielstoffverbrennungs-u.dampfkraftmaschine

Info

Publication number: DE4032630A1
Application number: DE4032630A
Authority: DE
Inventors: Klaus Gerhard; Wolfgang Martiker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1991-05-02

Description

Die Doppelrotorvielstoffverbrennungs- und Dampfkraftmaschine weist die Vorteile eines Kreiskolbenaggregates auf, dessen geringe oder fehlenden Hubmassen entscheidend sind; als auch die eines Hubkolbenaggregates, wobei hauptsächlich auf die günstigere Brennraumform hingewiesen werden muß. Dazu wurden eingesehen: FO1C 1/02, 1/04, 1/063, 1/077, 1/22, 1/30, 1/32, 1/344 und 3/04 am 28. 04. 1990 in der Auslegestelle Darmstadt. Die Maßnahme, die hohen Hubmassen der Kolben bei Hubkolben motoren durch Materialien mit geringerem spezifischen Gewicht zu ersetzen bringt folgende Nachteile mit sich:

Diese Materialien besitzen eine wesentlich höhere Wärmeaus dehnung als die im Motorenbau Benachbarten (z. B. Zylinder laufbahnen), wodurch diese Motoren überaus stark gekühlt werden müssen. Diese leichten Werkstoffe sind zudem unter Temperatur nicht abriebfest, besitzen kaum Notlaufeigen schaften und werden vor allem bei höheren Temperaturen schnell weich.

Die D. ist durch ihre geringen Hubmassen nicht auf leichte Materialien angewiesen. Es können auch hochtemperaturfeste Materialien verwendet werden (z. B. Keramik). So wird eine neutrale Verbrennung von Wasser- und Sauerstoff (keine Atem luft) möglich. Die hierbei entstandene Energie kann in der D. zum Verdampfen von zusätzlich eingespritztem Wasser (19) genutzt werden, dabei entstehende Drücke sind deutlich höher als bei herkömmlichen Verfahren mit organischen Kraft stoffen. Die Restdrücke aus dem hier entstehenden Abgas (nur Wasserdampf oder Kondensat) können wieder zum Aufladen verwendet werden.

Eine Niederdruck-Kraftstoffeinspritzung ist im Überström kanal (3) sinnvoll, weil dort die höchste Fließgeschwindig keit der angesaugten Luft oder des Sauerstoffs herrscht. Dabei wird das zu verbrennende Gemisch erst kurz vor seiner Zündung hergestellt und trotzdem gut vergast und verwirbelt. Je nach Verdichtung und Auslegung der Rotoren zueinander kann eine selbstzündende Dieselverbrennung stattfinden, aber auch eine Dieselverbrennung mit Fremdzündung (Zündquelle (4)) wird möglich. Auch Mischkraftstoffe sind somit zur Verbrennung geeignet. Die drehzahlabhängigen Steuerzeiten lassen sich mittels einer variablen Auslaßkante (18) regeln (z. B. Walzen- oder Flachschieber). Die Zündquelle ist so plaziert, daß ein vorbeiströmendes brennbares Gemisch komplett und zum richtigen Zeitpunkt entzündet wird. Eine Dauerglühkerze kann eine Funkenzündung ersetzen. Somit kann die D. alle herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen ersetzen bei höherem Wirkungsgrad, geringeren oder unschädlichen Emissionen und geringeren Fertigungskosten.

Die Doppelrotorvielstoffverbrennungs- und Dampfkraft maschine im einzelnen:

Im Einlaßkanal (1) wird durch eine Expansion der Zellen volumina vom Verdichterrotor (8a) brennbares Gemisch, Atemluft oder reiner Sauerstoff angesaugt. Nach der Schließung des Einlasses, bewirkt durch Vorbeilaufen eines Zellendichtschiebers (10) an der hinteren Einlaßkante, hat die Zelle ihr größtes Volumen überschritten und beginnt zu komprimieren. Da sich der Rotor (8a) an der hinteren Kante des Überströmkanals (3) bis auf ein ganz geringes Laufspiel der Gehäusewandung nähert, wird die komplette angesaugte Menge in eine synchronlaufende Zelle des Arbeitsrotors (8b) überströmen. Nachdem diese Zelle ihrerseits die hintere Kante der Überströmkanäle (3) passiert hat, stellt sie ihr geringstes Volumen im Arbeitsteil dar. In diesem Moment öffnet sich zwangsläufig die Zündquelle, das Gemisch wird über den kompletten Zellenwinkelgrad entzündet und beginnt durch expandierendes Zellenvolumen zu arbeiten. An der vorderen Auslaßkante angekommen, weist die Zelle ihr größtes Volumen auf. Es erfolgt erst ein Ausstoß durch den restlichen Verbrennungs druck und später eine Rückspülung mit Frischgemisch, Atemluft oder Sauerstoff, die je nach Drehzahl von der variablen Auslaß kante (18) gesteuert werden kann.

Beide Rotoren sind grundlegend gleich aufgebaut (ein Prototyp mit sechszelligen Rotoren liegt vor). Um die Wellenbohrungen mit Federnut sind von beiden Seiten zylindrische Vertiefungen angebracht, die mit den die beiden verbindenden Durchgangsboh rungen einen Kompensationsraum darstellen. Um Resonanzen zu vermeiden, können diese Räume je nach Bedarf größer oder kleiner ausgelegt werden. Die Masse der Rotoren ist gleichzeitig (je nach Material) die benötigte Schwungmasse und sorgt durch die Gleichförmigkeit der Drehkräfte für eine relativ hohe Laufruhe. Die synchrone Drehverbindung der beiden Rotoren wird durch zwei gleich große Stirnräder (13) erreicht.

Die Verbrennung: Je nach Auslegung der Verdichtung und des Verhältnisses zwischen Verdichter und Arbeitsgehäuse werden Verbrennungen von Ottokraftstoffen, Dieselkraftstoffen und Mischkraftstoffen ermöglicht. Eine Kraftstoffeinspritzung von Otto- oder Mischkraftstoffen wird in den Überströmkanälen (3) durch die hier entstehende hohe Fließgeschwindigkeit der vorverdichteten Medien sinnvoll. Auch eine Dieselverbrennung mit permanenter Fremdzündung sollte wegen der vollständigen Ent zündung und den niedrigeren Ruß- und Abgaswerten nicht außer acht gelassen werden. Durch die lange Nachreaktionszeit, die hier schon während der Zündung beginnt, werden bei einer Verbrennung mit Atemluft niedrigere "HC"-Emissionswerte erreicht. Eine zusätzliche Wassereinspritzung (19) nutzt die entstandene Verbrennungstemperatur hier sehr früh aus, um aus der eingespritzten Wassermenge Dampfdruck zu erzeugen, der in der Zelle den Arbeitsdruck ansteigen läßt. Auf diese Art lassen sich beste Leistungs- und Abgaswerte erreichen.

Bezugszeichenliste

1 Einlaßkanal ansaugen
2 verdichten
3 Überströmkanäle
4 Glüh- oder Zündkerze
5 Verbrennungsbeginn
6 arbeiten
7 Auslaßkanal, ausstoßen
8 Rotoren
9 Kompensationsraum
10a Dichtschieber
10b Schieberführung
11 Kühlkörper, Gehäuse
12 Wellen
13 Stirnräder
14 Lager
15 Lagergehäuse
16 Zündanlage (eventl.)
17 Keilnut
18 Auslaßkante
19 Wassereinspritzung
20 Kraftstoffeinspritzung

Claims

1. Die Doppelrotorvielstoffverbrennungs- und Dampfkraftmaschine zeichnet sich durch zwei gegen- oder gleich läufige, mehrzellige Flügelzellenrotoren (8), in getrennten Gehäusen (11), aus. Die Rotorachsen sind ex zentrisch in den Gehäusen (11) fixiert, so daß bei einer Drehung, durch größer- und kleinerwerdende Volumina, Saug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßprozesse zwangsläufig erfolgen. Die Gehäuse berühren sich ent weder am Umfang (bei zweiwelligen D.) oder seitlich (bei einwelligen D.). Bei der zweiwelligen Ausführung liegt die Achse des Verdichterrotors (8a) um den Radius der Überströmkanalbohrungen (3) verschoben, auf der ge dachten mittleren Verbindungslinie der beiden Gehäuse. Der Arbeitsrotor (8b) ist um den halben Zellenwinkel (α) plus den Radius der Überströmkanalbohrungen (3) ver schoben, so daß der Verdichterrotor (8a) an der hinteren Überströmerkante gegen null (geringes Laufspiel) an die Gehäusewand läuft und der Arbeitsrotor (8b) nach dem Schließen, durch Vorbeilaufen eines Dichtschiebers an der hinteren Überströmkante, sein kleinstes Zellen volumen aufweist. Einlaßkanal (1), Überströmkanal (3), Zündzeitpunkt (4) und Auslaßkanal (7) sind fixiert. Nur die hintere Auslaßkante (18) ist variabel ausgelegt, um die Steuerzeiten den jeweiligen Drehzahlen anzupassen. Zündquelle, Überströmer und Ein- und Auslaßkanal sind so angelegt, daß sich zwischen zwei Kanälen (oder einem Kanal und der Zündquelle) ein Kreisbogen ergibt, der mindestens dem Zellenwinkel entspricht.

2. Weiterhin zeichnet sich die D. durch ihren relativ einfachen Aufbau, der nur wenig bewegliche Teile und geringe Hubmassen erfordert, aus. So können bei Ver wendung von Materialien mit gleicher Wärmeausdehnung die Kühlsysteme deutlich vereinfacht und reduziert werden. Eine neutrale Verbrennung von reinem Wasser- und Sauerstoff wird so möglich.

3. Die D. wird entscheidend wirksam durch den Zusatzkanal (19), durch den, nach der Zündung des Kraftstoffes, Wasser eingespritzt werden kann, so daß der entstehende Dampfdruck den Arbeitsdruck in der jeweiligen Zellen kammer erhöht. Bei Verwendung von reinem Wasser- und Sauerstoff als Kraftstoff stößt die D. dann nur Wasser dampf oder Kondensat als Abgas aus.

4. Bei der Verbrennung organischer Kraftstoffe kann der Kraftstoff durch eine seitlich angebrachte Bohrung direkt und mit niederem Druck in die Überströmkanäle eingespritzt werden. Durch die hohe Fließgeschwindigkeit in den Überströmkanälen wird eine nahezu perfekte Vergasung des Kraftstoffes erreicht.