DE4429877A1

DE4429877A1 - Heat engine with rotor and cells

Info

Publication number: DE4429877A1
Application number: DE4429877A
Authority: DE
Inventors: Johannes Reitz; Klaus Penski; Herbert Prof Dr Mueller
Original assignee: IRM ANTRIEBSTECH GmbH
Current assignee: IRM ANTRIEBSTECH GmbH
Priority date: 1993-02-13
Filing date: 1994-08-13
Publication date: 1996-02-15

Abstract

Cells (44,48) communicating with the inlet and outlet regions of the hollow cylindrical sectors (12,14) are so designed that as the displacement rotors (90) revolve in the hollow cylinders, the difference in vol. between the two cells (44,48) is minimal and thus has no negative effect on the efficiency of the heat engine. The sectors (12,14) are pref. circular in section and the working angle (ALPHA) by which compression and expansion take place is in each case less than 180 deg. The indicated cell vanes (82) are laterally fitted to the inner ring (101) of the roller bearing (100) or on a cylindrical sliding ring, specifically via control pins, and a spacer ring on bearing or slide ring keeps the vanes at preset distance from the inside boundary wall (85) of the vanes and the endwalls of the respective sectors (12,14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine. Wärmekraft maschinen gibt es einerseits mit äußerer Verbrennung. Solche Wärmekraftmaschinen sind in der Regel Heißluftmaschinen, die einen Wärmetauscher aufweisen. Durch eine von außen auf das den Wärmetauscher durchströmende Medium einwirkende Wärme quelle, wie z. B. einen Brenner oder ein offenes Feuer oder eine sonstige Heizquelle, wird das Medium erhitzt, mit der Folge, daß mechanische Arbeit geleistet werden kann.The invention relates to a heat engine. Thermal power On the one hand, there are machines with external combustion. Such Heat engines are usually hot air machines that have a heat exchanger. By an outside on the heat acting through the medium flowing through the heat exchanger source, such as B. a burner or an open fire or another heat source, the medium is heated with the Consequence that mechanical work can be done.

Typischer Vertreter einer derartigen Wärmekraftmaschine mit äußerer Verbrennung ist der Sterling-Motor. Der klassische Sterling-Prozeß arbeitet zwischen zwei Isothermen und zwei Isochoren. Ein ständiger zyklischer Wechsel des Arbeitsme diums zwischen dem kalten und dem warmen Teil dieses Motors kennzeichnet diese klassische Arbeitsweise. Der Sterling-Mo tor ist eine Hubkolbenmaschine. Über einen speziellen Kurbel trieb werden den vorhandenen beiden Kolben gesetzmäßige Hin- und Herbewegungen aufgezwungen. Der eine Kolben dient dabei als Steuer- bzw. Verdrängerkolben und der andere Kolben als Arbeitskolben. Beim Überführen des Arbeitsgases vom Ver drängerkolben zum Arbeitskolben und umgekehrt, durchströmt das Gas den Regenerator, in dem Wärme abgegeben bzw. aufge nommen wird, je nachdem in welcher Richtung das Arbeitsgas strömt. Die notwendige Existenz dieses Regenerators verhin dert sehr schnelle Arbeitsphasen des Sterling-Motors.Typical representative of such a heat engine external combustion is the sterling engine. The classic one Sterling process works between two isotherms and two Isochors. A constant cyclical change in the workforce medium between the cold and warm parts of this engine characterizes this classic way of working. The Sterling Mon tor is a reciprocating piston machine. Via a special crank the existing two pistons are legally driven and forced movements. One piston is used as a control or displacement piston and the other piston as Piston. When transferring the working gas from the Ver flow through to the working piston and vice versa the gas is the regenerator in which heat is given off or raised depending on the direction in which the working gas is taken flows. The existence of this regenerator is prevented very fast working phases of the Sterling engine.

Der Vorteil einer derartigen Wärmekraftmaschine mit äußerer Verbrennung ist die große Unabhängigkeit von den qualitativen Eigenschaften des jeweils verwendeten Kraftstoffs. Nachteil ist das große Bauvolumen bei vergleichbarer Leistung und die beispielsweise bereits durch die Anordnung eines Wärmetau schers erforderlich werdenden nicht geringen Herstellkosten. The advantage of such an external heat engine Combustion is very independent of the qualitative Properties of the fuel used in each case. disadvantage is the large construction volume with comparable performance and the for example, by arranging a heat rope shers not necessary low manufacturing costs.

Wärmekraftmaschinen mit innerer Verbrennung sind beispiels weise Otto- und Dieselmotore. Diese Wärmekraftmaschinen kenn zeichnet ein Brennraum aus, der unmittelbar über der arbeits leistenden Mechanik angeordnet ist und der in der Regel zyklisch mit einem zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisch be schickt und nach der Verbrennung jeweils entleert wird. Wäh rend bei der äußeren Verbrennung die Wärmeenergie in aller Regel von außen unter atmosphärischen Bedingungen zugeführt wird, läuft bei der inneren Verbrennung die Wärmeentwicklung in der Regel unter hohem Druck in dem Brennraum ab. Vorteil der inneren Verbrennung gegenüber der äußeren Verbrennung ist das vergleichsweise kleinere Bauvolumen und der allgemein ge ringere Kostenaufwand. Nachteil ist die erforderliche Quali tät hinsichtlich der zu verwendenden Kraftstoffe und der re lativ niedrige Wirkungsgrad.Heat engines with internal combustion are an example wise Otto and diesel engines. These heat engines know distinguishes a combustion chamber that is directly above the work performing mechanics is arranged and usually cyclically with an ignitable fuel-air mixture sends and is emptied after the combustion. Wuh thermal energy in all Usually supplied from outside under atmospheric conditions heat is generated during internal combustion usually under high pressure in the combustion chamber. advantage internal combustion versus external combustion the comparatively smaller construction volume and the general ge lower costs. The disadvantage is the required qualification act with regard to the fuels to be used and the re relatively low efficiency.

Aus der DE-OS 33 33 586 ist eine außenbeheizte regenerative Wärme- und Arbeitsmaschine bekannt, die im Sinne des klassi schen Sterling-Kreisprozesses arbeitet. Auf einer gemeinsamen Welle sind zwei hohlzylindrische Druckbehälter vorhanden, de ren Inhalt durch je einen rotierenden Exzenter in zwei Teil volumina unterteilt werden. Die innerhalb eines jeden Druck behälters vorhandenen beiden Teilvolumina werden durch zwei Dichtleisten voneinander gasdicht getrennt. Durch eine gleichsinnige Drehbewegung der beiden Exzenter entstehen Raumänderungen, die einen geschlossenen Gasstrom hin- und herbewegen. Es findet somit ein Wechsel vom heißen in den kalten Teil und umgekehrt statt. Diese Hin- und Herbewegung des Gasstromes erfolgt über einen Regenerator, in welchem der Wärmewechsel jeweils stattfindet. Die beiden unteren Teilvo lumina sind über eine Gasleitung miteinander verbunden und dienen zum jeweiligen Gasausgleich.From DE-OS 33 33 586 is an externally heated regenerative Heat and work machine known that in the sense of the classic Sterling cycle works. On a common There are two hollow cylindrical pressure vessels on the shaft, de content by means of a rotating eccentric in two parts volumes can be divided. The inside of every print container existing two partial volumes are replaced by two Sealing strips separated from each other in a gastight manner. By a The two eccentrics rotate in the same direction Room changes that a closed gas flow back and forth move around. So there is a change from hot to hot cold part and vice versa instead. This float the gas flow takes place via a regenerator, in which the Heat change takes place in each case. The two lower subvo lumina are connected to each other via a gas line and are used for gas balancing.

Aus der DE-OS 33 32 726 ist ein Heißluft-Verbundmotor be kannt, mit dem die Energiebilanz des Verbrennungsmotors ver bessert und der Schadstoffausstoß minimiert werden sollen. From DE-OS 33 32 726 is a hot air compound engine be knows with which the energy balance of the internal combustion engine ver improves and pollutant emissions should be minimized.

Dieser Verbundmotor deutet in lediglich schematischer Weise die grundsätzlich bei einer Wärmekraftmaschine mit äußerer Verbrennung erforderlichen Bauteile an. So weist dieser Ver bundmotor zusätzlich zu der vorstehend aus der DE-OS 33 33 586 bekannten Wärme- und Arbeitsmaschine Einlaß bereiche und Auslaßbereiche in jedem hohlzylindrischen Ab schnitt auf, die so miteinander verbunden sind, daß das Me dium in gleicher Strömungsrichtung durch die hohlzylindri schen Abschnitte nacheinander hindurchströmen kann. Dadurch kann der eine Verdränger nur als Verdichter und der anderer Verdränger nur als Arbeitsrotor wirksam werden. Die hohlzy lindrischen Abschnitte besitzen kreiszylindrische Querschnit te. Die mit dem Einlaßbereich und Auslaßbereich der beiden hohlzylindrischen Abschnitte jeweils kommunizierenden Zellen der beiden hohlzylindrischen Abschnitte bleiben beim Drehen der Verdränger volumenmäßig nicht konstant groß. Folglich ist die rückwärtsgerichtete Beeinflussung aus dem mit heißem Gas gefüllten hohlzylindrischen Abschnitt in den mit kaltem Gas gefüllten anderen hohlzylindrischen Abschnitt unerwünscht groß, was entsprechende Beeinträchtigungen in der Energiebi lanz zur Folge hat. Bei diesem vorbekannten Verbundmotor kann nämlich keine isochore Zustandsänderung des Gases entstehen. Der Prozeßverlauf kommt vielmehr einer stark pulsierenden Isobaren nahe.This compound engine indicates only in a schematic way which is basically a heat engine with an external Combustion required components. So this ver bundmotor in addition to the above from the DE-OS 33 33 586 known heat and working machine inlet areas and outlet areas in each hollow cylindrical Ab cut open that are so connected that the me dium in the same direction of flow through the hollow cylinders sections can flow through one after the other. Thereby one can only be a compressor and the other Displacers only work as a working rotor. The hohlzy Lindrischen sections have circular cylindrical cross-section te. The one with the inlet area and outlet area of the two hollow cylindrical sections each communicating cells of the two hollow cylindrical sections remain when turning the displacer is not constantly large in volume. Hence is the backward influence from the hot gas filled hollow cylindrical section in the cold gas filled other hollow cylindrical section undesirable big, what corresponding impairments in the energy bank lance results. This previously known compound motor can namely, there is no isochoric change in the state of the gas. The process progresses rather a strongly pulsating Isobars close.

Aus der DE-OS 42 13 396 ist eine weitere Wärmekraftmaschine mit äußerer Verbrennung bekannt. Das hierbei verwendete gas förmige Medium kann durch diese Wärmekraftmaschine in einem offenen oder in einem geschlossenen Kreis hindurchströmen. Die gleichgerichtete Strömungsrichtung bleibt erhalten, so daß der eine hohlzylindrische Abschnitt jeweils den heißen Teil und der andere hohlzylindrische Teil den kalten Teil dieser Wärmekraftmaschine bildet. Diese kalten bzw. heißen Zustände bleiben erhalten, da keine Wechselwirkung auftritt. Damit wird ein Regenerator überflüssig, was eine höhere Dreh zahl und damit eine höhere Arbeitsphasengeschwindigkeit sowie eine schnellere Reaktion dieser Wärmekraftmaschine auf eine veränderte Wärmezufuhr möglich macht. Allerdings ist nach wie vor ein Wärmetauscher erforderlich, der durch eine äußere Verbrennung mit Wärme beaufschlagt wird. Aufgrund der Wärme übergangswerte muß ein gewisser Wärmeverlust, je nach Quali tät und konstruktivem Aufwand desselben, hingenommen werden.DE-OS 42 13 396 is a further heat engine known with external combustion. The gas used here shaped medium can be combined in one by this heat engine flow open or in a closed circle. The rectified flow direction is maintained, so that the one hollow cylindrical section is called the respective Part and the other hollow cylindrical part the cold part this heat engine forms. These are cold or hot States remain as there is no interaction. This makes a regenerator superfluous, which means a higher rotation number and thus a higher working phase speed as well a faster response of this heat engine to one changed heat supply makes possible. However, how in front of a heat exchanger required by an external Combustion is subjected to heat. Because of the heat transition values must have a certain heat loss, depending on the quality activity and constructive effort of the same.

Nach der erwähnten DE-OS 42 13 369 sollen der Einlaßbereich und der Auslaßbereich der jeweils kommunizierenden Zellen der beiden hohlzylindrischen Abschnitte so ausgebildet werden, daß während der Drehbewegung des Verdrängers in dem einen hohlzylindrischen Abschnitt der Volumenunterschied zwischen den beiden Zellen praktisch den Wert Null besitzt. Dies hat den Vorteil, daß der jeweils kalte bzw. heiße Teil dieser Wärmekraftmaschine in seinem jeweiligen kalten bzw. heißen Zustand vorhanden bleiben kann, da praktisch keine Wechsel wirkung auftreten kann. Eine rückwärtsgerichtete Beeinflus sung aus dem heißen in den kalten Teil ist bei jeweils kon stanten Volumenverhältnissen der miteinander kommunizierenden Zellen von beiden Verdrängern praktisch ausgeschlossen.According to the aforementioned DE-OS 42 13 369, the inlet area and the outlet area of the respectively communicating cells of the two hollow cylindrical sections are formed that during the rotation of the displacer in one hollow cylindrical section the volume difference between the two cells practically have the value zero. this has the advantage that the respective cold or hot part of this Heat engine in its respective cold or hot Condition can remain as there are practically no changes effect can occur. A backward influence solution from the hot to the cold part is at each con constant volume ratios of the communicating Cells practically excluded from both displacers.

In der älteren P 43 04 423 ist eine Wärmekraftmaschine be schrieben, die ausgehend von einer Wärmekraftmaschine mit äu ßerer Verbrennung, wie sie beispielsweise durch die DE-OS 42 13 369 bekannt ist, sich dadurch auszeichnet, daß eine Brenn kammer für eine innere Verbrennung zwischen den jeweils kom munizierenden Zellen der beiden hohlzylindrischen Abschnitte vorhanden ist. Diese Brennkammer ist im Gegensatz zu Otto- oder Dieselmotoren kein direkter Bestandteil des Arbeitszy linders, sondern liegt zwischen dem Verdichterteil und dem Arbeitsteil der Maschine.In the older P 43 04 423 a heat engine is wrote that starting from a heat engine with external esser combustion, as for example by DE-OS 42nd 13 369 is known, characterized in that a Brenn chamber for internal combustion between the respective com munifying cells of the two hollow cylindrical sections is available. This combustion chamber is in contrast to Otto or diesel engines are not a direct part of the work cycle Linders, but lies between the compressor part and the Working part of the machine.

Die Brennkammer kann bei dieser älteren Brennkraftmaschine aus dem Verdichter heraus mit Luft oder einem zündfähigen bzw. fast zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisch beschickt wer den. Im Inneren der Brennkammer entzündet sich dieses Gemisch selbständig oder wird gezündet. In jedem Fall ist dann, wenn eine Entzündung des Gemisches erfolgt ist, ein kontinuierli cher Gemischfluß durch die Brennkammer hindurch vorhanden, und es braucht das Gemisch nicht mehr neu gezündet zu werden. Dieser kontinuierliche Fluß läuft wie bei einem Brenner ab. In der Brennkammer herrscht dabei ein nahezu konstanter Druck und eine nahezu konstante Temperatur. Diese Wärmekraftmaschi ne kann durch Abdrosseln des Gasstromes im Bereich der Saug seite des Verdichters einfach, schnell und damit problemlos in ihrer Leistung bis zum Stillstand gedrosselt werden. Fer ner wird nach einer gewissen Brenndauer die Innenwandung der Brennkammer eine derartig hohe Temperatur angenommen haben und es wird damit so viel Wärmeenergie in der Wandung der Brennkammer gespeichert sein, daß im Gegensatz zu heutigen Otto- bzw. Dieselmotoren die Brennkammer durch Abdrosseln des Gemischstromes bei Wartezeiten stillgesetzt werden kann. Ein "Starten" der Brennkammer kann dann lediglich durch Öffnen und damit Freigeben des Gemischstromes durch die Brennkammer hindurch erfolgen. Im Stand-Betrieb erzeugt also ein mit ei ner derartigen Wärmekraftmaschine ausgestattetes Fahrzeug dann beispielsweise kein CO₂ oder andere Abgase, da während dieses Stand-Betriebes keine Verbrennung stattfindet. Diese Wärmekraftmaschine ist also gut für den Automobilantrieb ge eignet. Ein weiterer Vorteil läßt sich durch eine gute Aus nutzung der im Expansionsteil (Arbeitsteil) dieser Wärme kraftmaschine expandierenden Gase erzielen. Infolge eines er reichbaren niedrigen Enddruckes und des kontinuierlichen Flusses der Abgase läßt sich eine erforderliche Geräuschdäm mung wesentlich unproblematischer und weniger aufwendig ver wirklichen, als sie es bei den bekannten Otto- bzw. Dieselmo toren der Fall ist. Bei im Verhältnis zum Arbeitsvolumen kleineren Verdichtervolumen läßt sich eine insgesamt gute Energiebilanz der expandierenden Gase und damit ein guter Wirkungsgrad erzielen. The combustion chamber can with this older internal combustion engine out of the compressor with air or an ignitable or almost ignitable fuel-air mixture the. This mixture ignites inside the combustion chamber independently or is ignited. In any case, if the mixture has ignited, continuously cher mixture flow through the combustion chamber, and the mixture no longer needs to be reignited. This continuous flow is like a burner. The pressure in the combustion chamber is almost constant and an almost constant temperature. This heat engine ne can by throttling the gas flow in the suction area side of the compressor simple, fast and therefore easy their performance is reduced to a standstill. Fer After a certain burning time, the inner wall of the Combustion chamber have reached such a high temperature and there is so much heat energy in the wall of the Combustion chamber stored that unlike today Otto or diesel engines the combustion chamber by throttling the Mixture flow can be stopped during waiting times. On The combustion chamber can then only be "started" by opening it and thus releasing the mixture flow through the combustion chamber done through. So in stand-by mode one with egg ner such a vehicle equipped vehicle then, for example, no CO₂ or other exhaust gases, because during this stand-by operation no combustion takes place. These Heat engine is therefore good for automotive propulsion is suitable. Another advantage can be a good off use of the heat in the expansion part (working part) achieve expanding gases. As a result of a he attainable low final pressure and continuous The flow of exhaust gases can be a necessary noise insulation tion much less problematic and less expensive real than they are with the well-known Otto or Diesel car is the case. At in relation to the work volume smaller compressor volume can be a good overall Energy balance of the expanding gases and thus a good one Achieve efficiency.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem vorstehend aufgeführten Stand der Technik, eine verbesserte Wärmekraftmaschine anzugeben.The invention is based, based on the task Prior art listed above, an improved Specify heat engine.

Diese Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben.This invention is characterized by the features of claim 1 given.

Der Kreisprozeß der in der älteren Patentanmeldung beschrie benen Wärmekraftmaschine besteht, wie dort ausgeführt, aus einer angenäherten isothermen Verdichtung mit Niedertempera turkühlung, aus einer isochoren Verbrennung in einer Brenn kammer mit entsprechend hoher Druckerhöhung und einer an schließenden ungekühlten Expansionsphase, wobei das Schleu senvolumen zwischen Verdichter- und Arbeitsteil konstant groß gewählt ist. Durch die Möglichkeit, den Arbeitsraum, d. h. den Expansionsraum größer als den entsprechenden Raum des Ver dichterteils auszubilden, kann eine fast vollständige Umset zung der Wärme in Arbeit erfolgen. Auch können die Enddrücke in der Expansionsphase sehr niedrig werden, so daß eine Schalldämpfung gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik mit demgegenüber vermindertem Aufwand möglich wird. Diese Wärmekraftmaschine hat aufgrund ihrer gleich großen Schleu senkammern eine Innenwandung, die im Querschnitt nicht voll ständig kreiszylindrisch ist. Dies verursacht fertigungstech nisch Schwierigkeiten, was sich ungünstig auf die Herstellko sten der Wärmekraftmaschine auswirkt. Dazu kommen die durch die isochore Verbrennung entstehenden sehr hohen Drücke, die sich nur mit unerwünscht hohem Aufwand beherrschen lassen. Schließlich sind insbesondere bei kleinen Flügelzellenmaschi nen die Kurvenbahnbeschleunigungen der Zellenflügel extrem hoch. Dies resultiert aus der Forderung, bei rührungsloser Verdrängung und relativer Dichtheit hohe Geschwindigkeiten bei einer Vielzahl von Zellenflügeln an den Seitenwänden und an den Stirnwänden der hohlzylindrischen Abschnitte zu fah ren. The cycle process described in the earlier patent application benen heat engine consists of, as stated there an approximate isothermal compression with low temperature door cooling, from an isochoric combustion in a furnace chamber with a correspondingly high pressure increase and one closing uncooled expansion phase, the Schleu volume between compressor and working part is constantly large is selected. Due to the possibility of the work space, d. H. the Expansion space larger than the corresponding space of the ver Training poets can be an almost complete implementation heat in work. The final pressures can also become very low in the expansion phase, so that a Sound absorption compared to the prior art is possible with less effort. These Heat engine has due to their equally large sluice sink an inner wall that is not full in cross section is always circular cylindrical. This causes manufacturing tech niche difficulties, which adversely affects the manufact most of the heat engine. Then come through the isochoric combustion very high pressures that arise can only be controlled with undesirably high effort. Finally, especially with small vane cells the curve accelerations of the cell wings are extreme high. This results from the requirement for non-contact Displacement and relative tightness high speeds with a large number of cell wings on the side walls and too fah on the end walls of the hollow cylindrical sections ren.

Diese die technische Umsetzung erschwerenden Parameter lassen sich auch bei über ihrem Querschnitt jeweils nicht konstant großer Schleusenkammer weitgehend vermeiden, wie an Hand ei nes nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiels der Erfin dung deutlich wird.Let these parameters complicate the technical implementation not constant even over their cross section Avoid large lock chamber as much as possible nes embodiment of the invention explained below becomes clear.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine querschnittsmäßige Prinzipskizze eines Verdich terteils nach der Erfindung, mit schematisierter An deutung dem nachgeschalteten Brennkammer und des Ar beitsteils der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, Fig. 1 is a cross-sectional moderate schematic diagram of a compaction, terteils according to the invention, with schematic importance to the downstream combustion chamber and of the Ar beitsteils the internal combustion engine according to the invention

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Zellenflügels mit seiner Lagerung, Fig. 2 is an enlarged view of a wing with its storage cells,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2. Fig. 3 is a section along the line 3-3 in FIG. 2.

In Fig. 1 ist der Verdichterteil 12 einer Brennkraftmaschine 10 in zur Fig. 3 der älteren P 43 04 423 vergleichbarer Weise dargestellt. Zwischen dem Verdichterteil 12 und dem nachge ordneten Arbeitsteil 14 der Brennkraftmaschine 10 ist eine Brennkammer 46 vorhanden, so wie dies näher in der älteren P 43 04 423 beschrieben ist.In Fig. 1, the compressor part 12 of an internal combustion engine 10 is shown in a manner comparable to Fig. 3 of the older P 43 04 423. A combustion chamber 46 is present between the compressor part 12 and the downstream working part 14 of the internal combustion engine 10 , as is described in more detail in the older P 43 04 423.

Im Unterschied zum dortigen Verdichterteil besitzt hier der Verdichterteil 12 eine Innenwandung 85, die im Querschnitt kreisförmig mit dem Mittelpunkt M2 ist. Der Mittelpunkt M1 des nach wie vor im Querschnitt kreisförmigen Rotors 90 liegt auf dem durch den Mittelpunkt M2 gehenden maximalen Durchmes ser D1 bezüglich der Innenwand 85. Die Exzentrität zwischen M1 und M2 ist so groß, daß der Rotor 90 im Punkt P10 die In nenwandung 85 berührt und auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich des Punktes P3 einen maximalen Abstand von der In nenwandung 85 aufweist. In contrast to the compressor part there, the compressor part 12 has an inner wall 85 which is circular in cross section with the center M2. The center M1 of the rotor 90, which is still circular in cross section, lies on the maximum diameter D1 passing through the center M2 with respect to the inner wall 85 . The eccentricity between M1 and M2 is so great that the rotor 90 touches the inner wall 85 at point P10 and has a maximum distance from inner wall 85 on the opposite side with respect to point P3.

Der Punkt P 10 bezeichnet das Ende der Austrittsöffnung 96 aus dem Verdichterteil 12. Die Austrittsöffnung 96 beginnt am Flügelzellenpunkt P1. Der vor diesem Punkt P1, zwischen P2 und P1 vorhandene Bereich 44 zwischen dem Rotor 90 und der Innenwand 85 stellt das jeweilige Schleusenvolumen dar, das aus dem Verdichterteil 12 in den Arbeitsteil 14 jeweils transportiert wird. Dieses Hinübertransportieren erfolgt durch Rotation der Zellenflügel 82 in Richtung des Pfeils 87, wie das in der älteren P 43 04 423 näher beschrieben ist.The point P 10 denotes the end of the outlet opening 96 from the compressor part 12 . The outlet opening 96 begins at the vane point P1. The area 44 between the rotor 90 and the inner wall 85 that is present before this point P1, between P2 and P1, represents the respective lock volume that is transported from the compressor part 12 into the working part 14 . This is carried over by rotating the cell wing 82 in the direction of arrow 87 , as is described in more detail in the older P 43 04 423.

Im vorliegenden Fall wird das Volumen 44 nicht durch konzen trische Kreisbögen begrenzt. Dies hat zur Folge, daß die Schleusenvolumina nicht gleich groß sind. Es hat sich heraus gestellt, daß von der Bedingung eines konstanten Schleusenvo lumens abgewichen und das Schleusenvolumen auf der Expan sionsseite angehoben werden kann, ohne daß der Wirkungsgrad einer derartigen Wärmekraftmaschine in der praktischen Reali tät sich merkbar ungünstig auswirken würde. Der durch das un gleiche Schleusenvolumen, wie durch die Konstruktion gemäß Fig. 1 verdeutlicht, erzielte Vorteil ist einmal die Absen kung des ansonsten entstehenden hohen Druckes in der Brenn kammer 46. In der Brennkammer 46 herrscht nunmehr ein quasi statischer Druck der von der Winkelgeschwindigkeit und der Anzahl der Zellenflügel abhängt. Die in dem Verdichterteil 12 bei gleichen Schleusenvolumen entstehende Isochore geht hier in eine Isobare über. Das Verhältnis von Isochore zu Isobare wird Gleichdruckverhältnis genannt und kann in einer Anzahl von Tabellen ermittelt und so das Optimum festgelegt werden. Dabei sind bestimmte Grenzwerte wie Temperaturen, Adiabaten- und Polytropenexponenten vorgegeben. Mit diesen Parametern variiert auch das erreichbare Optimum. Nicht alle Einflußgrö ßen lassen sich theoretisch ermitteln. Auch müssen korrespon dierende Zellen im Verdichterteil 12 und Arbeitsteil 14 nicht zwingend parallel laufen, sondern können auch versetzt zuein ander laufen. Dies gestattet eine einfache Art, eine Wärme kraftmaschine zu starten, nämlich über den Verdichter. Der Arbeitsteil 14 beginnt sich nämlich erst dann zu drehen, wenn eine Wärmezufuhr stattfindet. Sofern dies geschieht, kann z. B. über einen Freilauf eine Verbindung mit der Rotorwelle der Wärmekraftmaschine hergestellt werden.In the present case, the volume 44 is not limited by concentric arcs. As a result, the lock volumes are not the same size. It has been found that deviations from the condition of a constant Schleusenvo lumens and the lock volume on the expansion side can be increased without the efficiency of such a heat engine would have a noticeably unfavorable effect in practical reality. The advantage achieved by the un same lock volume, as illustrated by the construction according to FIG. 1, is the reduction in the otherwise resulting high pressure in the combustion chamber 46 . There is now a quasi-static pressure in the combustion chamber 46 which depends on the angular velocity and the number of cell wings. The isochore formed in the compressor part 12 with the same lock volume changes here into an isobar. The ratio of isochore to isobare is called the constant pressure ratio and can be determined in a number of tables and thus the optimum can be determined. Certain limit values such as temperatures, adiabatic and polytropic exponents are specified. The optimum that can be achieved also varies with these parameters. Not all influencing factors can be determined theoretically. Corresponding cells in the compressor part 12 and working part 14 do not necessarily have to run in parallel, but can also run offset from one another. This allows a simple way to start a heat engine, namely via the compressor. The working part 14 only begins to rotate when heat is applied. If this happens, z. B. via a freewheel connection to the rotor shaft of the heat engine.

Die Abweichung von der exakten Gleichraumbedingung der Schleuseninhalte 44, 48 ergibt sich in der Praxis aus der er forderlichen Vielzahl der einzelnen Zellen, die in ihrer gro ßen Zahl erforderlich sind aus dem Bestreben einer Labyrinth- Abdichtung an der Innenwandung 85 und einer möglichst gerin gen Druckdifferenz zwischen den einzelnen Zellen. Die beiden gegenüberliegenden Schleusenwandungen (Abschnitte zwischen den Flügelzellenpunkten P2, P1 auf der Innenwand 85 und auf dem Rotor 90) sind nicht mehr parallel, so daß nunmehr das Volumen im Schnitt sich sichelförmig darstellt. Der geringe Dickenunterschied (P1, P2) dieser gestrichelt dargestellten "Sichel" fällt in der Praxis kaum ins Gewicht und wird durch die mit der Wärmekraftmaschine erzielten konstruktiven und damit wirtschaftlichen Vorteile mehr als kompensiert.In practice, the deviation from the exact equilibrium condition of the lock contents 44 , 48 results from the large number of individual cells required, the large number of which are required from the endeavor to create a labyrinth seal on the inner wall 85 and the smallest possible pressure difference between the individual cells. The two opposite lock walls (sections between the vane points P2, P1 on the inner wall 85 and on the rotor 90 ) are no longer parallel, so that the volume is now sickle-shaped on average. The small difference in thickness (P1, P2) of this "sickle" shown in dashed lines is of little importance in practice and is more than compensated for by the constructive and thus economic advantages achieved with the heat engine.

Um die gleichen thermodynamischen Voraussetzungen wie bei dem in der älteren Patentanmeldung beschriebenen Verdichterteil bzw. Arbeitsteil zu gewährleisten, muß sich allerdings der an der Funktion Verdichtung Expansion beteiligte Arbeitswin-kel αjeweils ändern. Und zwar wird der Winkel α nunmehr kleiner als 180 Grad. Damit ergibt sich die in Fig. 1 dargestellte Konstruktion zweier exzentrischer Kreise, die eine einfache und kostengünstige Herstellung der Wärmekraftmaschine ermög lichen.In order to ensure the same thermodynamic requirements as in the compressor part or working part described in the earlier patent application, however, the working angle α involved in the compression expansion function must change in each case. The angle α is now less than 180 degrees. This results in the construction shown in Fig. 1 of two eccentric circles, the easy and inexpensive manufacture of the heat engine union.

Um die gleichen Labyrinth-Abdichtverhältnisse wie bei der äl teren Wärmekraftmaschine zu erzielen, ist es ratsam, über den verkürzten Arbeitswinkel α die gleiche Anzahl von Flügelzel len anzuordnen wie bei der Ausbildung gemäß Fig. 3 der älte ren Patentanmeldung. Damit erhöht sich die Zahl der Flügel zellen am Umfang. Dies hat den positiven Effekt, daß das ein zelne Zellenvolumen und damit auch die als "Sichel" bezeich nete Form der Schleuse kleiner wird, also die Differenz zwi schen höchster und niedrigster Stelle der begrenzenden Flügel ebenfalls kleiner wird.In order to achieve the same labyrinth seal ratios as in the older heat engine, it is advisable to arrange the same number of wing cells over the shortened working angle α as in the embodiment according to FIG. 3 of the older patent application. This increases the number of wing cells on the circumference. This has the positive effect that the individual cell volume and thus also the shape of the lock designated as "sickle" becomes smaller, that is, the difference between the highest and lowest position of the limiting wing is also smaller.

Gegenüber der Ausbildung gemäß Fig. 3 der älteren Patentan meldung ist keine Dichtfläche zwischen den dortigen Punkten P9 und P10 bei der Ausführung gemäß Fig. 1 vorhanden. Eine dichte Berührung ist nur in dem Punkt P10 vorhanden. Im Punkt P9 ist bereits wieder ein Spalt zwischen dem Rotor und der Innenwand 85 vorhanden. Diese natürlichen Undichtigkeiten zwischen P10 und P9 haben bei der Ausbildung gemäß Fig. 1 durch ihre expandierende Wirkung den Effekt einer Leistungs abgabe auf der Verdichterseite, wodurch Verluste elemeniert werden. Andererseits wird auf der Expansionsseite durch diese Undichtigkeit eine gewisse Verdichtung der Abgasreste und da mit ein Dichteffekt mit einer gewissen Leistungsaufnahme er zeugt.Compared to the training according to FIG. 3 of the older patent application, there is no sealing surface between the points P9 and P10 there in the embodiment according to FIG. 1. There is only close contact in point P10. At point P9 there is already a gap between the rotor and the inner wall 85 . These natural leaks between P10 and P9 have the effect of a power output on the compressor side due to their expanding effect in the embodiment according to FIG. 1, whereby losses are eliminated. On the other hand, on the expansion side, this leakage causes a certain compression of the exhaust gas residues and therefore a sealing effect with a certain power consumption.

Die im Querschnitt vollständig kreisförmige zylindrische Form der Innenwandung 85 hat den großen Vorteil, daß die Zwangs steuerung der Zellenflügel 82 auf einfache Weise verwirklicht werden kann. Fig. 2 zeigt einen Zellenflügel 82, der seitli che Steuerzapfen 102 besitzt, die ihrerseits in auf beiden Seiten des Zellenflügels vorhandene Gleitringe 101 von Wälz lagern 100 greifen. Durch an den Wälzlagern 100 bzw. Glei tringen 101 angeordnete Distanzringe 105 kann die Berührungs freiheit 104 an der Stirnseite 85 wie auch an den stirnseiti gen Begrenzungswänden 85.1, 85.2 des Verdichterteils 12 bzw. Arbeitsteils 14 garantiert werden. Dies hat insbesonders bei hohen Drehzahlen ganz wesentliche fertigungstechnische Vor teile.The completely circular cross-sectional cylindrical shape of the inner wall 85 has the great advantage that the forced control of the cell wing 82 can be realized in a simple manner. Fig. 2 shows a cell wing 82 which has lateral control pins 102 which in turn grip 100 of roller bearings in existing slide rings 101 on both sides of the cell wing. By on the rolling bearings 100 or Gllei 101 arranged spacer rings 105 , the freedom of contact 104 can be guaranteed on the end face 85 as well as on the end walls 85.1 , 85.2 of the compressor part 12 or working part 14 . This has very significant manufacturing advantages, especially at high speeds.

Im vorliegenden Beispielsfall ist nur auf einer Lagerseite ein Distanzring 105 vorhanden. An der gegenüberliegenden, an deren Lagerseite ist statt des Distanzringes ein Federelement 106 zwischen Wälzlager 100 bzw. Gleitring 101 und Zellenflü gel 82 angeordnet, um die Vorspannung der beiden Wälzlager 100 aufrechtzuerhalten.In the present example, a spacer ring 105 is only present on one bearing side. On the opposite side, on the bearing side, a spring element 106 is arranged between the roller bearing 100 or slide ring 101 and the cell wing 82 instead of the spacer ring in order to maintain the preload of the two roller bearings 100 .

In Fig. 3 ist eine konstruktive Möglichkeit aufgezeigt, wie die Leckage im Spalt 104 minimiert werden kann. Zu diesem Zweck sind die Außenflächen des Zellenflügels 82, die gegen die Innenwand 85 (Fig. 3) bzw. gegen die Begrenzungswände 85.1, 85.2 gerichtet sind, mit einer Mikro-Rillen- oder Rie fenstruktur 107 ausgestattet. Dadurch ergeben sich in Strö mungsrichtung 108 abwechselnd größere und kleinere Spaltbrei ten 104. Dieser Effekt kann auch gesteigert werden, indem auch die Innenwand 85 und/oder die Begrenzungswände 85.1, 85.2 mit einer Mikro-Rillen- oder Riefenstruktur 109 ausge stattet werden.In Fig. 3 a constructive option is shown how the leakage can be minimized in the gap 104th For this purpose, the outer surfaces of the cell wing 82 , which are directed against the inner wall 85 ( FIG. 3) or against the boundary walls 85.1 , 85.2 , are equipped with a micro-groove or groove structure 107 . This results in alternating larger and smaller gap widths 104 in the flow direction 108 . This effect can also be increased by also equipping the inner wall 85 and / or the boundary walls 85.1 , 85.2 with a micro-groove or groove structure 109 .

Durch den Einsatz rotationssymmetrischer Grundelemente wird der Gesamtkomplex Wärmekraftmaschine im Vergleich zu beste henden Kolbenbrennkraftmaschinen wesentlich einfacher und da mit kostengünstiger.By using rotationally symmetrical basic elements the overall complex heat engine compared to best existing piston internal combustion engines much easier and there with less expensive.

Claims

1. heat engine ( 10 ) with

at least two hollow cylindrical sections ( 12 , 14 ) which can be filled with a gaseous medium ( 40 ), - a rotating displacer ( 90 ) in each hollow cylindrical section,
- Several separating parts ( 82 ) in the area between the inner wall ( 85 ) of the hollow cylindrical sections and the displacer,
- At least one inlet region ( 48 ) and one Auslaßbe rich ( 44 ) for the gaseous medium ( 40 ) in each hollow cylindrical portion ( 12 , 14 ), which ( 44 , 48 ) are each connected to one another so that the medium ( 40 ) can flow through the hollow cylindrical sections ( 12 , 14 ) one after the other in the same direction of flow and as a result one displacer can only act as a compressor ( 12 ) and the other displacer can only act as a working rotor,
- A combustion chamber ( 46 ) for internal combustion between the respective communicating cells ( 44 , 48 ) of the two hollow cylindrical sections ( 12 , 14 ), according to P 43 04 423, characterized in that
- With the inlet area and the outlet area communicating cells ( 44 , 48 ) of the two hohlzylindri's sections ( 12 , 14 ) are designed so that during the rotary movement of the displacer ( 90 ) in the hohlzy-cylindrical sections, the volume difference between the two Cells ( 44 , 48 ) is so small that practically no negative effects on the efficiency of the heat engine can be brought about by him.

2. Heat engine according to claim 1, characterized in that

- The hollow cylindrical sections ( 12 , 14 ) are circular in cross section,
- The working angle (a) over which the compression or expansion takes place, is in each case less than 180 degrees.

3. Heat engine according to claim 2, characterized in that

- The individual cell wings ( 82 ) are each mounted laterally on the inner ring ( 101 ) of a roller bearing ( 100 ) or on a cylindrical slide ring.

4. Heat engine according to claim 3, characterized in that

- The cell wings ( 82 ) engage with control pins in the inner ring ( 101 ) of the rolling bearing ( 100 ) or in the slide ring.

5. Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that

- A spacer ring ( 105 ) on the roller bearing ( 100 ) or slide ring ( 101 ) is provided, via which the cell wing ( 82 ) at a predetermined minimum distance ( 104 ) to the cell wing ( 82 ) delimiting inner wall ( 85 ) and End walls of the hollow cylindrical sections ( 12 , 14 ) can be brought.

6. Heat engine according to claim 5, characterized in that

- Instead of one of the two spacer rings ( 105 ), via which a cell wing ( 82 ) can be brought in a predetermined minimum distance ( 104 ), a spring element ( 106 ) is present.

7. Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that

- The outer surfaces of the cell wing ( 82 ), which are directed against the inner wall ( 85 ) and / or the end walls ( 85.1 , 85.2 ), are equipped with a micro-groove or groove structure ( 107 ), so that in the flow direction ( 108 ) the gases have larger or smaller gap widths ( 104 ) alternately in succession.