DE69910607T2 - Rotationsbrennkraftmaschine - Google Patents

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DE69910607T2
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rotor
stator
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Roland Grant Clophill Heap
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HEAP, ROLAND GRANT, PAWLETT, SOMERSET, GB
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Roland Grant Clophill Heap
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/34—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by non-bladed rotor, e.g. with drilled holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Motor
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Verbrennungsmotor mit innerer oder äußerer Verbrennung, bei dem in erster Linie Drehkolben zum Einsatz kommen.
  • Der Großteil der heutigen Verbrennungsmotoren verwendet Hubkolben. Es wird jedoch anerkannt, dass das Vorhandensein von Hubkolben der maximalen Betriebsgeschwindigkeit eines Motors eine Grenze auferlegt. Hinzu kommt, dass der Bedarf für die Beschränkung der mit den Hubkolben assoziierten Kräfte die Verwendung von Bauteilen von erheblichem Gewicht erfordert. Aus diesem Grund wurde versucht, Motoren zu entwickeln, bei denen nur oder vorwiegend Drehkolben zum Einsatz kommen. Bis heute ist der erfolgreichste Rotationskolbenmotor der "Wankel"-Motor, der nach seinem deutschen Erfinder benannt wurde. Trotz ihrer Einfachheit hatte diese Einheit aus verschiedenen Gründen jedoch nur beschränkten kommerziellen Erfolg. Der wichtigste dieser Gründe ist sein Ruf, dass der Motor Abdichtprobleme hat, wonach dann niedriges Drehmoment bei niedriger Motorgeschwindigkeit, unzulängliche Kraftstoffnutzung und relative hohe Verschmutzungsraten folgen. Die Einheit erfordert zudem sorgfältige Wartung und ihre Betriebsgeschwindigkeit muss beschränkt werden, wenn ein Versagen der Dichtung vermieden werden soll. Hinzu kommt, dass der Kolben eines Wankel-Motors (zumindest ein Kolben der Art, wie er in der Praxis am häufigsten zum Einsatz kommt) einer nicht nur rotierenden Bewegung unterzogen wird; er oszilliere auch und dies führt zu Restvibration.
  • Zu anderen Rotationskolbemnotoren dieser Art gehören auch diejenigen, die in DE1601582, FR977740 und FRI 192930 beschrieben werden.
  • Gasturbinenmotoren sind ebenfalls bekannt. Bei diesen Motoren beaufschlagt das sich ausdehnende Verbrennungsgas die Flügel eines Rotors und überträgt somit dem Rotor ein Drehmoment. Eine Gasturbine hat den Vorteil, dass ihr Rotor eine rein rotationale Bewegung durchläuft, und sie kann daher bei minimaler Vibration bei hoher Geschwindigkeit operieren. Derartige Motoren weisen jedoch normalerweise nur innerhalb relativ enger Motorgeschwindigkeitsbereiche eine effiziente Operation auf, wodurch sie in vielen Umständen ungeeignet sind, wobei hierzu das wichtigste Beispiel ein Motor für ein motorbetriebenes Straßenfahrzeug ist.
  • Ein Ziel der Erfindung besteht darin, einen Motor zu liefern, der vorwiegend Rotationsbauteile hat und einige der Nachteile der bekannten Motoren überwindet oder zumindest abschwächt.
  • Als ersten Aspekt liefert die Erfindung einen Motor mit einer Verbrennungskonstruktion, bestehend aus einem Rotor und einem Stator, bei der eine Verbrennungskammer im Stator definiert ist, in der das Verbrennungsgas aus der Verbrennungskammer in eine Aufnahmekammer expandieren kann, wodurch Bewegungsenergie vom Verbrennungsgas auf den Rotor übertragen wird, wobei der Rotor eine Vielzahl von Ausdehnungskammern mit schrittweise ansteigenden Volumen hat. in die das Gas aus den Kammern des Rotors expandieren kann.
  • Ein solcher Motor kann ein Minimum von Bauteilen aufweisen, von denen keines einer Oszillation unterworfen wird.
  • Die Verbrennungskammer hat vorzugsweise ein größeres Volumen als mehrere der Rotorausdehnungskammern.
  • In der bevorzugten Ausführung hat der Rotor eine Transferkammer, durch das Verbrennungsgas während eines Teils der Drehung des Rotors in die Verbrennungskammer strömen kann.
  • Eine Motorausführung der Erfindung kann ein Funkzündgerät zusammen mit der Verbrennungskammer haben, um eine Ladung verbrennbarer Flüssigkeit, die in die Kammer geströmt ist, zu entzünden. Zum Funkzündgerät gehört typisch eine Zündkerze.
  • Bei einer Motorausführung der Erfindung können der Rotor oder der Stator oder beide aus einem Material hergestellt werden, das selbstschmierende Eigenschaften hat. So können z. B. entweder der Rotor oder der Stator aus rundlichem Graphiteisen gefertigt sein.
  • Als Alternative oder zusätzlich kann eine Motorausführung der Erfindung einen Ölnebelinjektor haben, der in einen Raum zwischen Rotor und Stator Ölnebel einspritzt. Dieser Ölnebel wird normalerweise in einer Position im Vorlauf der Verbrennungskammer injiziert.
  • Eine Motorausführung der Erfindung kann zudem eine Schmierbürste aufweisen, die zwischen Stator und Rotor Schmiermittel, wie z. B. Graphit, hinzufügt.
  • In einer Art von Motorausführung hat der Rotor Scheibenform und Kammern, die in sich zur Peripherie der Scheibe öffnen. Bei derartigen Ausführungen sollte der Motor vorzugsweise ein Abstandsreglersystem zur Steuerung der Trennung zwischen Rotor und Stator während des Motorbetriebs haben. Ein derartiges Abstandsreglersystem kann so operieren, dass es den Stator radial vom Rotor bewegt.
  • Bei derartigen Ausführungen kann der Rotor eine Rotoreihheit aufweisen, zu der ein Rotorgussstück gehört. Das Rotorgussstück kann Scheibenfom und peripherale Öffnung in darin gebildeten Hohlräumen haben. Die Rotoreinheit kann weiterhin Endplatten aufweisen, die am Rotorgusstück so montiert sind, dass sie diese Hohlräume axial schließen. Mehrere dieser Rotorgussstücke können zwischen den Endplatten montiert sein, um eine Verbrennungseinheit mit größerer Verbrennungskapazität zu liefern, wodurch sich eine praktische, modulare Konstruktionsform ergibt.
  • Bei Ausführungen entsprechend des vorangegangenen Satzes kann ein Abstandsstück zwischen nebeneinander liegenden Rotorgussstücken angebracht werden, um die Wärmeableitung von der Verbrennungskammer zu und besonders von den Rotorgussstücken zu unterstützen. Das Abstandsstück kann typisch einen Durchlass aufweisen, der auf die Kühlflüssigkeitsleitungen der Rotorgussstücke ausgerichtet ist.
  • Die Statoreinheiten können ebenfalls eine Statoreinheit aufweisen, zu der ein Statorgussstück gehört. Das Statorgussstück kann so geformt sein, dass es die Rotoreinheit teilweise umgibt und Öffnungen in die darin gebildeten Hohlräume hat.
  • Die Statoreinheit kann zudem Endplatten aufweisen, die am Statorgussstück so angebracht sind, dass die diese Hohlräume axial schließen. Mehrere dieser Statorgussstücke können zwischen den Endplatten montiert sein, um eine Verbrennungseinheit mit größerer Verbrennungskapazität zu liefern.
  • Bei Ausführungen entsprechend des vorangegangenen Satzes kann ein Abstandsstück zwischen nebeneinander liegenden Statorgussstücken angebracht werden, um die Wärmeableitung von der Verbrennungskammer zu und besonders von den Statorgussstücken zu unterstützen. Das Abstandsstück kann typisch Löcher aufweisen, die mit den Verbrennungskammern der verschiedenen Statorgussstücken in axialer Richtung verbunden sind. Als Alternative oder zusätzlich kann das Verbrennungsgemisch in jede der Verbrennungskammern eingeführt werden.
  • Das optionale Rotor- und/oder Statorabstandsstück kann zur Wärmeableitung von hier Rippen haben.
  • In einer anderen An der Ausführung des Motors hat der Rotur die Form eines Kegelstumpfs mit Kammern, die sich zu seiner Peripherie hin öffnen. Bei solchen Ausführungen umgibt der Stator normalerweise den Rotor. Bei diesen Ausführungen ist ein Abstandsreglersystem zur Steuerung eine Trennung zwischen dem Rotor und Stator währen des Motorbetriebs vorhanden. Ein derartiges Abstandsreglersystem kann so operieren, dass es den Stator axial zum Rotor bewegt.
  • Bei Ausführungen mit einem Abstandsreglersystem kann ein kontaktloser Sensor zum Abstandsreglersystem gehören. Ein derartiger Sensor kann durch Kapayitätserfassung, induktives Erfassen oder eine Kombination von kapazitivem und induktivem Erfassen funktionieren.
  • Bei einer weiteren An der Ausführung sind Stator und Rotor scheibenförmig, wobei die Verbrennungskammer zwischen den Flaschen Flächen des Rotors und des Stators definiert ist. Bei solchen Ausführungen operiert das Abstandsreglersystem so, dass es den Stator axial zum Rotor bewegt.
  • Bei Ausführungen entsprechend eines der vorhergehenden Paragraphen können Rotor und/oder Stator ein Gusstück und eine oder mehrere Endplatten, wie oben beschrieben, aufweisen.
  • Eine Motorausführung der Erfindung kann zudem einen Kompressor zur Zuführung von Verbrennungsluft zur Verbrennungseinheit aufweisen. Der Kompressor kann vom Rotor angetrieben werden. Bei einer praktischen Konstruktion können Kompressor und Rotor auf einer gemeinsamen Welle oder auf miteinander verbundenen Koaxialwellen sitzen. Zwischen dem Kompressor und der Verbrennungseinheit sollte vorzugsweise eine Zwischenkühler vorhanden sein, der dazu dient die Wähne von der Verbrennungsluft abzuführen und somit die volumetrische Leistung des Motors verbessert.
  • Bei Ausführungen mit Funkenzündung kann der Kompressor Verbrernnungsluft mit einem Druck im Bereich von 4 bis 7 Bar liefern. Wo eine Kühlung der Verbrennungsluft stattfindet (z. B. in Form eines Zwischenkühlers), kann dieser Druck auf einen Bereich von 6 bis 12 Bar erhöht werden. Bei Kompressions-Zündungs-Ausführungen kann der Druck typisch im Bereich von 9 bis 15 Bar liegen. Wo eine Kühlung der Verbrennungsluft stattfindet (z. B. in Form eines Zwischenkühlers), kann dieser Druck auf einen Bereich von 20 bis 30 Bar erhöht werden.
  • Bei einigen Ausführungen wird der Brennstoff in einen Verbrennungsluftstrom außerhalb der Verbrennungseinheit injiziert. Als Alternative oder zusätzlich kann Brennstoff in eine Kammer innerhalb der Verbrennungseinheit eingespritzt werden.
  • Zusätzlich zu Brennstoff und Luft kann Wasser zusammen mit Luft und Brennstoff in die Verbrennungskammer eingeführt werden. Bei einigen derartigen Ausführung kann das Wasser während der Verbrennung als Dampf expandieren, wobei das Wasser verdampft und sich in die Aufnahmekammer ausdehnt und zumindest einen Teil seiner Bewegungsenergie auf den Rotor überträgt.
  • Anders gesehen liefert die Erfindung einen Verbrennungsmotor einschließlich eines Rotors und Stators, wobei der besagte Stator einen ersten Satz an Verbrennungskammern und der besagte Rotor einen zweiten Satz an Verbrennungskammern trägt und die Einheit so angeordnet ist, dass während des Betriebs der besagte Rotor relativ zum besagten Stator rotiert und ein Arbeitsmedium nacheinander zwischen den Verbrennungskammern der genannten ersten und zweiten Sätze übertragen wird und somit die Drehung des Rotors antreibt.
  • Durch diese Anordnung kann der Motor mit Verbrennungskammern von optimaler Foren und Größe für einen bestimmten, geplanten Verwendungszweck ausgerüstet werden. Hinzu kommt, dass der Rotor typisch so angeordnet ist, dass seine Bewegung rein rotational und ohne Oszillation erfolgt.
  • Für den Erfolg dieses Motors ist ein neuer thermodynamischer Zyklus wichtig, der im 'heissen' Teil der Einheit zum Einsatz kommt. Der Motor kann entweder einen getrennten Einzel- oder Mehrstufenkompressor haben, um die Kompression des Arbeitsmediums, bei dem es sich normalerweise um Luft handelt, zu erzielen.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verbrennungsmotor einschließlich eines Rotors und eines Stators vorgesehen, wobei der besagte Stator einen ersten Satz an Verbrennungskammern und der besagte Rotor einen zweiten Satz an Verbrennungskammern trägt und die Einheit so angeordnet ist, dass während des Betriebs der besagte Rotor relativ zum besagten Stator rotiert und ein Arbeitsmedium nacheinander zwischen den Verbrennungskammern der genannten ersten und zweiten Sätze übertragen wird und somit die Drehung des Rotors antreibt.
  • Vorzugsweise werden eine oder mehrere Arten von Verbrennungskammern vorgesehen, einschließlich von einer oder mehreren Arten, auf die nachfolgend als 'Mutter-', 'Mädchen-' und 'Tochter-'Kammer Bezug genommen wird.
  • Der Rotor und/oder der Stator weisen vorzugsweise einen Satz an Tochterkammern auf, deren Volumen schrittweise zunimmt.
  • Zumindest einige der Kammern sollten vorzugsweise Retortenform haben.
  • Das Arbeitsmedium wird zwischen den Kammern vorzugsweise durch einen Prozess übertragen, der nachfolgend als "harmonische Gasfluktuierung" bezeichnet wird.
  • Der Motor sollte vorzugsweise einen Kompressor aufweisen, um der Verbrennungskammer ein Verbrennungsgemisch von Brennstoff und Luft zuzuführen.
  • Entsprechend eines weiteren Aspekts der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor einschließlich eines Rotors und eines Stators vorgesehen, wobei beim besagten Motor ein kadenzrekursiver Ausdehnungsprozess zum Antrieb der Rotorenrotation zum Einsatz kommt. Der kadenzrekursive Ausdehnungsprozess wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
  • Eine Motorausführung dieser Erfindung kann verlässlich entwickelt werden und aufgrund der hohen Betriebsgeschwindigkeit des Motors und spezifischen Desigmnerkmalen Abdichtprobleme vermeiden. Er kann ohne Verschmutzung oder niedrige Drehmomente angelegt werden. Er kann zudem äußerst einfach angelegt sein und in seiner einfachsten Ausführung (zumindest theoretisch) lediglich einen Drehkolben haben. Hinzu kommt, dass eine Motorausführung der Erfindung eine hohe spezifische Leistungsabgabe bei niedrigem Gewicht liefern kann und somit ein spezifisches Leistungsgewicht haben kann, das dem der meisten effizienten Gasturbinen, die gegenwärtig erhältlich sind, entspricht. Die Leistung einer Motorausführung der Erfindung ist typisch hauptsächlich Wellen- und nicht Stoßkraft, wie bei einer Gasturbineneinheit. Der Motor kann sich daher für alle Antriebsapplikationen, angefangen von allen Arten von Straßentransports- bis hin zu allen Arten von Luftfahrtapplikationen, einschließlich von Hubschraubern und VTOL-Flugzeugen eignen. Er kann sich zudem für statische Krafterzeugung, gleichzeitige Energieerzeugung und Schiffahrtsapplikationen eignen: Aufgrund der Kombination von Drehung und des einzigartigen, angewandten thermodynamischen Zyklus kann er brennstoffeffizient und, aufgrund seines äußerst einfachen Prinzips, in der Herstellung kostengünstig sein.
  • Während dieser Beschreibung werden immer Vergleiche mit vergleichbaren Hubkolbendesigns gezogen, um die erörtern Punkte zu illustrieren.
  • Es folgt nun eine detaillierte Beschreibung einer Ausführung der Erfindung, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, wobei diese folgende sind:
  • 1 ist eine Schnittübersichtszeichnung einer Funkzündungsmotorausführung der Erfindung;
  • 1a ist ein schematischer Axialschnitt eines Kompressors des Motors von 1;
  • 2a und 2b sind jeweils Höhen- und Planquerschnitte eines Kempressorrotors der Ausführung von 1;
  • 3a und 3b sind jeweils Vorder- und Teilschnittseitenansichten einer modifizierten Kompressorrotorengehäuseeinheit;
  • 4 ist eine perspektorische Ansicht eines Bauteils der Rotorengehäuseinheit von 3a und 3b;
  • 5, 6 sind Axial- und Planquerschnitte eines Zwischenkühlers, der Teil des Motors von 1 ist;
  • 7 ist ein Teilschnitt eines Rotors und eines Stators einer Verbrennungseinheit des Motors von 1 und zeigt ihre gegenseitige Beziehung;
  • 8 und 8a sind perspektivische und Axialansichten eines Rotorgussstücks des Motors von 1;
  • 9 zeigt eine Endplatte für das Rotorgussstück von 8;
  • 10 und 10a sind perspektivische und Axialansichten eines Statorgussstücks des Motors von 1;
  • 11 ist eine Endplatte für das Statorgussstück von 10;
  • 12 und 12a sind schematische Querschnitte eines Teils des Rotors und des Stators von 2 während eines Verbrennungszyklus, wobei 12a ein Schnitt entlang der Linie A-A' von 7 ist; 13 ist ein Schnitt entlang Linie A-A auf 12a;
  • 14a ist eine erste Auspuffkonfiguration, die sich zur Verwendung des Motors von 1 eignet;
  • 14b ist eine alternative Auspuffkonfiguration, die sich zur Verwendung des Motors von 1 eignet;
  • 15 ist ein Schaltplan für ein Feststellungssystem für Motorfehlzündungen, das sich zur Verwendung mit dem Motor von 1 eignet;
  • 16 zeigt eine Schmierbürste, die sich zur Verwendung mit dem Motor von Abbildung eignet;
  • 17 und 18 zeigen, schematisch, die relative Bewegung des Stators und des Rotors des Motors von 1;
  • 19 und 20 sind Querschnitte einer alternativen Ausführung der Erfindung;
  • 21 ist ein Querschnitteiner weiteren alternativen Ausführung der Erfindung;
  • 22 bis 24 zeigen alternative Anordnungen für die Erhaltung eines geregelten Rotor-/Stator-Abstands;
  • 25 zeigt eine Anordnung zur Erhaltung eines geregelten Rotor-/Stator-Abstands und Überwachung des Lagerstatus;
  • 26 zeigt ein kontaktloses Abstandsreglersystem unter Inkorporation einer Kondensatorplatte als Sensor;
  • 27 ist ein Diagramm für zusätzliche Schaltkreise zum Einsatz bei einem kombinierte Abstandsregler-, Lager- und Fehlzündungsüberwachungssystem mit Injektions- und Zündeinstellung;
  • 28 zeigt Details im Querschnitt von einem Kompressor, der sich z. B. zum Einsatz beim Motor von 1 eignet;
  • 29 zeigt einen Höhenschnitt eines Laufrads, das sich zur Verwendung im Kompressor von 28 eignet;
  • 30 ist ein Schnitt entlang Linie A-A' von 29;
  • 31 zeigt ein Gehäuse als Bestandteil des Kompressors von 28;
  • 32 und 32a zeigen Höhen- und Querschnitte eines Diffuserrings des Kompressors von 28;
  • 33 ist ein Diagramm für ein System zur Messung und Kontrollen von Temperaturen von Bauteilen einer Motorausführung der Erfindung;
  • 34 bis 44 zeigen, im Längs- und Planschnitt, verschiedene alterative Konfigurationen von Motoren als Ausführungen der Erfindung;
  • 45 bis 57 sind verschiedene alternative, externe Konfigurationen von Motoren als Ausführungen der Erfindung;
  • 58a bis 58f sind schematische Querschnitte von teilen einer Motorausführung der Erfindung;
  • 59 und 60 zeigen detaillierte Designmerkmale von Ausdehnungskammern bei einer Motorausführung der Erfindung;
  • 61 zeigt schematisch einen Kompressor mit Einlass- und Auslassreglerventilen und
  • 52 zeigt schematisch einen Kompressor einschließlich von mehrfachen (optional modularen) Einheiten mit Auslassreglerventilen.
  • Allgemeine Konfiguration
  • Mit bezug auf zunächst 1 weist eine Motorausführung der Erfindung einen Gaströmungsweg allgemein von rechts nach links auf 1 auf. Die Verbrennungsluft strömt am Einlass 100 in den Motor und geht dann in einen Kompressor 100. Von dort strömt sie zu einem Zwischenkühler 112, von wo aus sie durch eine Leitung 114 in eine Verbrennungseinheit 116 strömt. Abluftgase verlassen dann die Verbrennungseinheit 116 (die auch als 'heisser Bereich' bezeichnet wird) und strömen zu einer Abgasturbine 118, von wo aus sie dann in die Atmosphäre entlüftet werden. Ein Kühlungsluftstrom fließt ebenfalls durch den Zwischenkühler 112, die Verbrennungseinheit 116 und dann in die Turbine 118. Jeder dieser Motorbauteile ist um eine Welle 122 konstruiert, die zur Rotation um eine Motorachse A auf Lagern sitzt. Bei dieser Ausführung sitzt ein Gebläse 120 auf der Welle zwischen dem Zwischenkühler 112 und der Verbrennungseinheit 116, um die Kühlungsluft durch den Motor zu treiben. Aus praktischen Gründen wird die Einlassleitung 100 in Richtung "Einlassende" des Motors liegend beschrieben und die Turbine wird als in Richtung des "Auslassendes" des Motors liegend beschrieben.
  • Die Konstruktion und Funktion jeder dieser Motorbauteile wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
  • Luftansaugung und Verdichtung
  • Verbrennungsluft wird außerhalb der Verbrennungskammer verdichtet. Dies ist anders als bei einem typischen Kolbenverbrennungsmotor, wo die Verdichtung in einer Verbrennungskammer durch einen Kolben stattfindet; bei dieser Ausführung erfolgt die Verdichtung durch einen Mehrstufen-Turboverdichter 110.
  • Der Kompressor weist einen ersten und zweiten Rotor 124, 126 auf, die jeweils auf der Welle 122 sitzen und oder zur Rotation mit dieser befestigt sind. 2a und 2b zeigen einen Rotor. Jeder Rotor hat eine allgemein ringförmige Spannplatte 128, die auf einer Bosse 132 sitzt, die an der Welle 122 so befestigt ist, dass sich die Spannplatte allgemein bis zur Motorachse A ausdehnt.
  • Eine Vielzahl an Flügeln 130, 130' stehen von der Spannplatte 128 vor, allgemein in Richtung des Motoreinlass. Bei dieser Ausführung gibt es insgesamt zweiunddreißig Flügel, wobei die Flügel abwechselnd 130 lang und 130' kurz sind 2b zeigt die Anordnung mehrerer Flügel, wobei diese Anordnung sich in gleichen Abständen um den Rotor wiederholt. Die langen Flügel 130 reichen von der Nähe der Bosse bis zur Peripherie des Spannplatte 128, während die kürzeren Flügel 130' von ca.
  • Dreiviertel des Radius der Spannplatte nach außen zur Peripherie der Spannplatte reichen. Jeder Flügel 130, 130' ist so gebogen, dass die äußere Extremität des Flügels 130, 130' hinter der inneren Extremität des Flügels liegt, wenn sich die Welle in Richtung des normalen Motorbetriebs dreht.
  • Die genaue Biegung und Zahl der Flügel ist in jedem Rotor 124, 126 optimiert, wobei sie gewählt wird, um deesen Leistungskraft bei der geplanten typischen Betriebsgeschwindigkeit für einen bestimmten Motor zu optimieren. Die Methodologien, durch die eine derartige Optimierung erzielt werden kann, sind den Fachleuten für Kompressordesign wohlbekannt
  • Jeder Abschnitt des Kompressors 110 besteht zudem aus einem Gehäuse, in dem die Rotoren 124, 126 enthalten sind. Am Einlassende weist das Gehäuse eine ringfönnige Außenwand 134 auf, die eine Öffnung in der Mitte hat, welche die Welle 122 umgibt, wobei diese Öffnung in etwa den Durchmesser der inneren Flügelenden des ersten Rotors 124 aufweist. Bei dieser Offnung handelt es sich um den Einlass 100. Die Außenwand 134 liegt parallel zur Spannplatte 128 des ersten Rotors 124, und hat Abstand von den Flügeln 130, 130'.
  • Das Gehäuse weist weiterhin eine ringförmige Trennwand 136, die zwischen den beiden Rotoren 124, 126 verläuft. Eine Öffnung in der Mitte der Trennwand umgibt die Welle 122.
  • Eine Innenwand 138 des Gehäuses befindet sich am Auslassende des Gehäuses. Die Innenwand umgibt die Welle eng und eine Flüssigkeitsdichte Dichtung befindet sich zwischen der Innenwand 138 und der Welle 122.
  • Die Außenwand 134 und die Trennwand 136 sind um ihre Peripherie durch einen gebogenen Wandabschnitt 140 verbunden, deren Innenflächen konkav sind. Dies wird als "Ausströmraum" bezeichnet. Die Trennwand 136 und die Innenwand 138 sind gleichermaßen verbunden.
  • Wenn sich die Welle dreht, dann drehen sich die Rotoren 124, 126 mit. Die Flügel des ersten Rotors 124 treiben die Luft radial nach außen und saugen Luft durch den Einlass 100 herein. Die Luft, die vom ersten Rotor herausgetrieben wird, trifft auf den gebogenen Wandabschnitt auf und wird dann radial nach innen zwischen die Spannplatte des ersten Rotors und die Trennwand 136 getrieben. Von dort wird die Luft durch die Öffnung in der Zwischenwand gesogen, von wo aus sie wiederum durch den zweiten Rotor 126 radial nach außen getrieben wird.
  • Ein solcher Kompressor 100 hat, als zweiteiliger radialer Kompressor, bei dieser Ausfürung einen Ausgabedruck von ca. 9,2 Bar.
  • In Bezug auf den Kompressor können bei der Konstruktion anderer Ausführungen zusätzliche Designerwägungen herangezogen werden. Es ist allgemein verstanden, dass der Luftstrom, den der Kompressor 110 erzeugen soll, von der Rate abhängt, bei der der Brennstoff in der Verbrennungseinheit verbraucht wird. Um diese Anforderung zu erfüllen, kann das Kompressorgehäuse aus einer Vielfalt an Modulen konstruiert werden, wobei jedes Modul jeweils einen Rotor enthält. Somit können zusätzliche Module nach Bedarf zur Verfügung gestellt werden, um einen ausreichenden Luftdurchsatz für die Verbrennung des Brennstoffs in der Verbrennungseinheit 116 zu erzeugen.
  • Während ein Motor bei teilweiser oder niedriger Leistung operiert, ist die Luftmenge, die zur Unterstützung einer vollen Verbrennung zur Verfügung stehen muss, weniger als dies der Fall ist, wenn der Motor bei Volleistung operiert. Dies kann bei teilweiser Leistung zu Ineffizienz führen, insofern der Kompressor 100 mehr Kraft verbraucht, als gewöhnlich notwendig ist, um genügend Verbrennungsluft zu liefern Daher ist eine Modifikation, die am Kompressor vorgenommen werden könnte, die, dass die Luftmenge, die bei Teilleistung in den Kompressor eintreten oder aus diesem austreten kann, reduziert wird (wodurch der Luftwiderstand reduziert wird).
  • So findet sich z. B. auf 1a eine schematische Darstellung einer möglichen Konfiguration des Ausströmraums eines Kompressors. Der Ausströmraum hat, in diesem Fall vier, ähnliche Unterteilungen, die jeweils im Radius von der Achse A in Richtung der Rotorrotation 124 zunehmen, wobei die Teilabschnitte durch einen radialen Wandabschnitt 170 miteinander verbunden sind. An jedem radialen Wandabschnitt befindet sich ein Auslass 174 für Luft, die innerhalb des Kompressorgehäuses verdichtet wurde. Bei diesem Beispiel ist eine Durchführung 174 immer offen, um eine Zufuhr von Druckluft zur Verfügung zu stellen, während die anderen Auslässe 174 jeweils ein Ventil 176 aufweisen, das selektiv operiert werden kann, um eine Ausströmen in den jeweiligen Auslass 174 zu verhindern. Die Ventile 176 können individuell operiert werden oder mehrere können miteinander verbunden werden, um gemeinsam zu operieren.
  • Mit Bezug auf die 3a, 3b und 4 ist eine Implementierung des Vorhabens möglich, wobei ein Luftzufuhrweg zu einigen der Flügel eines Kompressorrotors gegen das Eindringen von Luft verdeckt wird. Bei dieser alternativen Ausführung hat das Gehäuse 1140 einen Ring 1112, der auf einer lotrechten Ebene zur Motorenachse A liegt, den Einlass 1144 umgibt und einen solchen Durchmesser hat, dass er sich nahe an den inneren Enden der Flügel 1130 befindet. Der Ring 1112 hat eine Vielzahl an Verschlussklappen 1110. Jede Klappe 1110 ist als dünne Platte gestaltet und gerundet, damit sie einem Bogen, der sich um die Motorachse A zentriert, folgt. In der Nähe eines Endes (der größeren Kante der Klappe, die man bei normaler Drehbewegung des Motors antrifft) ist die Klappe 1110 am Ring 1112 so befestigt, dass sie sich um eine Achse drehen kann, die parallel zur Motorachse A und neben dem runden Bereich liegt, an dem die Enden der langen Flügel 1130 liegen, liegt. An einem Extrem ihrer Drehbewegung erstreckt sich die Klappe 1110 vom besagten Bereich zu einem Endbereich einer Klappe 1110 und schließt somit mehr oder weniger die tuftlücke zwischen nebeneinander liegenden Klappen 1110 zu den Flügeln 1130. Am anderen Extrem ihrer Drehbewegung projektiert die Klappe 1110 nach innen vom Rundbereich und öffnet somit die Luftlücke. Bei einer idealen Anordnung erstrecken sich die Klappen fortlaufend für ca. Dreiviertel der Peripherie des Rings 1112.
  • Die Bewegung der Klappen 1110 wird durch einen Mechanismus kontrolliert, der am deutlichsten auf 4 dargestellt ist. Jede Klappe hat einen Zapfen, der sich durch den Ring 1112 erstreckt, und ein Kurbelhebel 1114 wird auf dem Zapfen daneben zur gegenüberliegenden Seite des Rings 1112 getragen. Ein Solenoidstellglied 1116 ist mit dem Kurbelhebel 1114 über eine Verbindungsstange 1120 verbunden. Am Solenoidstellglied 1116 kann elektrischer Strom angelegt werden, um die Verbindungsstange 1120 linear anzutreiben, wobei diese lineare Bewegung wiederum eine Drehbewegung der assoziierten Klappe 1120 zwischen ihren Bewegungsextremen bewirkt. Eine Feder ist vorgesehen, um die Verbindungsstange 1120 in die Position zu bringen, in der die Klappe 1110 ganz geöffnet ist, wobei es sich hierbei um eine Fail-Safe-Position handelt, bei der der Motor bei Stromausfall zu den Stellgliedern 1116 weiterläuft.
  • Die verschiedenen Stellglieder 1116 werden durch eine Steuereinheit kontrolliert, um sich entsprechend der unterschiedlichen Anforderungen der Verbrennungseinheit 116 nach Verbrennungsluft zu öffnen und zu schließen. Eine Methode zu Kontrolle der Ansaugung von Verbrennungsluft wird nachfolgend im Detail beschrieben.
  • Diese Anordnung eignet sich möglicherweise besser für eine Applikation zur Kontrolle des Luftstroms zum ersten Rotor 124, wo am Einlass 100 mehr Platz zur Verfügung steht, da eine Öffnung in der Trennwand vorhanden ist.
  • Kühlungsluftstrom
  • Das Gebläse 120 ist so montiert, dass es mit der Welle 122 rotiert. Das Gebläse 120 soll dafür sorgen, dass ein Luftstrom axial durch den Motor strömt, um verschiedene Motorteile zu kühlen. Die Kühlungsluft strömt insbesondere durch den Zwischenkühler 112 und durch die Verbrennungseinheit 116.
  • Nach ihrem Austritt aus der Verbrennungseinheit 116 strömt die Kühlungsluft durch eine Luftklappeneinheit 150. Die Luftklappeneinheit 150 besteht aus einer Reihe von klappenartigen Durchgängen, die jeweils auf einen V-förmigen Querschnitt in Richtung des Kühlungsluftstroms zulaufen. Hierdurch wird der Kühlungsluftstrom in die gewünschte Richtung bei einer Impedanz, die unter derjenigen der umgekehrten Richtung liegt, gelenkt. Durch diese Anordnung reduziert sich das Risiko, dass die Kühlungsluft unter Druck vom Verbrennungsabgas zurückfließt.
  • Kühlung der Verbrennungstast
  • Es ist allgemein bekannt, dass forcierte Induktion in einen Motor zu einer exzessiven Belastungstemperatur führen kann, wobei unerwünschte Ergebnisse, wie z. B. eine Reduktion in der Volumenleistung sowie eine Tendenz zur Verursachung von Detonation in Funkzündungsmotoren auftreten können. Aus diesem Grund ist zur Kühlung der Verbrennungsluft ein Zwischenkühler vorgesehen.
  • Bei dieser Ausführung handelt es sich beim Zwischenkühler 112 um eine ringförmige Einheit, durch welche die Verbrennungsluft strömen kann. Der Zwischenkühler hat ein Metallgehäuse. Innen hat der Zwischenkühler 112 eine Reihe von Rippen 512, über welche die Verbrennungsluft fließt, wobei die Rippen 512 der Verbrennungsluft Wärme entziehen. Zusätzliche befinden sich auf der Außenseite des Zwischenkühlers 112 Rippen 510, über welche die Kühlungsluft strömt. Diese externen Rippen 510 ziehen Wärme vom Metall des Zwischenkühlers ab.
  • Konstruktion der Verbrennungseinheit
  • Innerhalb der Verbrennungseinheit 116 wird Brennstoff verbrannt, um zu bewirken, dass auf die Welle 122 ein Drehmoment angewandt wird, damit die rotierende Welle nützlich eingesetzt werden kann. Bei dieser Ausführung wird das Drehmoment an einer Rotoreinheit 210 erzeugt, die rotierend an der Welle 122 befestigt ist. Der Prozess, durch das Drehmoment erzeugt wird, umfasst die Verbrennung von Brennstoff in Verbrernnungskammern, die zwischen dem Rotor 210 und einer Reihe von Statoreinheiten 310 in einer allgemeinen Anordnung, wie dies auf 7 zu sehen ist, definiert sind. Diese Bauteile werden nachfolgend detailliert beschrieben.
  • Auf den 7 bis 9 können wir sehen, dass die Rotoreinheit 210 die peripherale Form eines kurzen Zylinders hat, insofern sie eine zylindrische Außenfläche 212, die um die Motorachse A zentriert ist, sowie im Abstand zur und lotrecht zur Achse A Parallelflächen jeweils in Rundform aufweist. Der Rotor sitzt auf der Welle 122 und ist in diesem Beispiel durch Keile befestigt, damit er sich mit der Welle um die Motorachse drehen kann. Wie auf 7 zu ersehen ist, erfolgt diese Bewegung (wenn der Motor in Betrieb ist) im Uhrzeigersinn. Die Rotoreinheit 210 ist um die Achse A rotierend symmetrisch. Bei dieser Ausführung weist der Rotor 210 eine Symmetriezahl von zwei auf, so dass er bei der Rotation um die Achse um 180° im wesentlichen unverändert erscheint.
  • Zur Rotoreinheit 210 gehört ein einteiliges Rotorgussstück 220 (siehe 8). Das Rotorgussstück ist zwischen zwei allgemein scheibenförmigen Endplatten 222 festgeklemmt, wie dies auf 9 zu sehen ist, um die komplette Rotoreinheit zu bilden. (Es wird darauf hingewiesen, dass 9 lediglich eine Hälfte einer Endplatte 222 links von der Linie C-C- zeigt, wobei die Endplatte um die Achse A rotierend symmetrisch ist). Bei dieser Ausführung sind Rotorgussstücke und Endplatten aus Edelstahl konstruiert. Durch die Verwendung von Edelstahl haben wir ein Material von hoher Zugfestigkeit, das korrosionsbeständig, insbesondere gegen die korrosive Wirkung von Schwefel und Schwefelverbindungen, ist. Eine derartige Korrosionsbeständigkeit kann für viele Applikationen wichtig sein.
  • Innerhalb des Rotorgussstücks 220 sind eine Reihe von Hohlräumen. Jeder dieser Hohlräume erstreckt sich axial durch das Rotorgussstück 220. Einige dieser Hohlräume und führen zur entsprechenden Öffnung 216 in der zylindrischen Außenfläche des Rotors 210. Jede Öffnung 216 erstreckt sich parallel zur Achse und nähert sich somit dieser, wobei sie jedoch die Parallelflächen 214 nicht ganz erreicht und somit ein Metallband 260 verbleibt, welches die Peripherie des Rotorgussstücks neben seinen beiden axialen Enden umgibt. Was den Umfang betrifft, so erstreckt sich Öffnung 216 um das gleiche Maß wie der innere Hohlraum. Die Endplatte 222 schließt die axialen Enden einiger der Hohlräume so, dass ihre einzige externe Offnung durch die zylindrische Außenfläche 212 des Rotorgussstücks 220 besteht. Neben den axialen Enden anderer Hohlräum ist die Endplatte zurückgeschnitten, um die axialen Enden der Hohlräume offen zu lassen. Die Konfiguration und die Funktion der verschiedenen Hohlräume wird nachfolgend im Detail beschrieben.
  • Das Vorhandensein der Peripheriebänder trägt dazu bei, Wärme von den heissesten Teile des Rotorgussstücks abzuleiten und zudem stärkt und dämpft die Wände der Rotorkammer gegen mechanische Vibration. Eine geeignete Dämpfsubstanz, wie z. B. ein Wachs mit hohem Schmelzpunkt, kann zwecks weiterer Reduktion der Vibration verwendet werden, z. B. während der maschinellen Feinbearbeitung der Rotorperipherie.
  • Die Hehlräume haben eine umfangreiche Reihe an Formen und Größen, welche durch ihre geplante Funktion bestimmt werden. In jeder rotierenden symmetrischen Hälfte des Rotors finden sich eine Reihe von Ausdehnungskammern 232 und eine Primärkammer 234, die alle nur an der zylindrischen Außenfläche 212 eine Offnung haben. Zusätzlich sind Kühlflüssigkeitsleitungen 236 vorhanden, die an beiden axialen Enden offen sind, jedoch keine Öffnung zur zylindrischen Außenfläche 212 haben. Neben jeder Kühlflüssigkeitsleitung 236 weist die Endplatte 222 eine Kühlflüssigkeitsöffnung 238 auf. (Wir weisen darauf hin, dass bei dieser Ausführung eine derartige Kühlflüssigkeitsöffnung 238 mehrere Kühlflüssigkeitsleitungen 236 umgeben kann). Es besteht zudem eine Abgaskammer 240, neben der die Endplatte 222 eine Abluftöffnung 242 aufweist.
  • Hinzu kommt eine Einlasstransferkammer 230, die als ein Paar von umfangmäßig ausgedehnten, länglichen Kanäle geformt ist, wobei jeder an der Schnittstelle der zylindrischen Außenfläche 212 des Rotorgussstücks 220 und der axial gegenüberliegenden Parallelflächen gebildet wird. Neben jedem dieser Kanäle hat die Endplatte 222 eine Einlassvertiefung 244, die sich mehr oder weniger über die Länge des Kanals erstreckt, jedoch axial nur eine gewisse Strecke in Richtung zur Endplatte 222 verläuft.
  • Jede der Primärkammern 234, jede Ausdehnungskammer 232 und die Abgaskammer 240 haben eine Form, die als "Retortenform" bezeichnet wird. Das heißt, sie haben eine relativ enge Öffnung an der Außenfläche 212 des Rotorgussstücks 220 und erstrecken sich durch einen engen Halsabschnitt in einen kugelförmigen Innenraum. Die Halsabschnitte sind so gebogen, dass sie allgemein in der Rotationsrichtung des Rotorgusstücks 220 in einem spitzen Winkel vom Tangens der Außenfläche 212 verlaufen. Der Zweck dieser Form besteht darin, den Wärmeverlust infolge kugelförmigen Querschnitts zur reduzieren. Sie soll zudem das ausströmende Gas durch die Öffnung beschleunigen, um die Impulswirkung der Gase in ihrer harmonischen Flukturierung zu verbessern, die an späterer Stelle beschrieben wird. Die Form unterstützt zudem die Erzeugung einer glatten Gasströmung und – rotation.
  • Wenn sich der Rotor dreht, dann ist die erste Kammer, die angetroffen wird, die 'Transferkammer 230. Nach einem Intervall (das als "Zeittaktlücke" bezeichnet wird) ist die nächste Kammer die Primärkammer 234 (die auch als 'Tochterkammer' bezeichnet wird). Danach folgen die Ausdehnungskammern 232 (bei dieser Ausführung 12 von diesen). Jede nachfolgende Ausdehnungskammer 234 hat ein größeres Volumen als die ersten der Ausdehnungskammern 232. Die Zeittaktlücke entspricht dem Vorlauf vor dem obersten Totpunkt bei einem herkömmlichen Otto-Motor.
  • Bei einem Funkzündungsmotor kann die Verbrennungskammer 316 größer als die Primärkammer sein, um verbesserte Gasfluktuierungen zu liefern. Die Primärkammer kann ein Volumen zwischen 15% und 35% (z. B. 30%) des Volumens der Verbrennungskammer haben. Bei einem Diesel-artige Zyklus ist diese Kammer nicht so groß, da sie bei Brennstoffeinspritzverbrennungsprozess vorzeitig Gas abführen würde.
  • Wie auf den 1 und 7 ersichtlich ist, gehören zum Stator zwei mehr oder weniger identische Statoreinheiten 310, die auf einem Abstandsreglersystem getrage werden, das auf dem Motorfahrgestell (nicht abgebildet) montiert ist. Die Statoreinheiten sind rotierend symmetrisch um die Motorenachse A so angeordnet, dass eine Statoreinheit in Bezug auf die andere Statoreinheit in einer um 180° rotierten Position um die Achse positioniert ist. Einzelheiten über die Montage für den Stator am Fahrgestell und das Abstandsreglersystem werden nachfolgend genauer beschrieben.
  • Zu jeder Statoreinheit gehört ein Statorgussstück 320, das zwischen zwei Endplatten 322 festgeklemmt ist. Wie auf dem Querschnitt auf Abbildung und der perspektivischen Darstellung auf 10 ersichtlich ist das Statorgussstück 320 als einteiliges Metallgussteil geformt. Bei dieser Ausführung ist das gewählte Metall rundliches Graphiteisen. Dieses Metall weist in gewissem Umfang selbstschmierende Eigenschaften auf.
  • Die Statoreinheit 310 erstreckt sich, wenn sie bei einer Motorausführung der Erfindung in Position, allgemein in die Rundung um die Motorachse A. Eine Innenfläche 312 des Rotorgussstücks 320 liegt in einem Bereich, der ein Segment eines Kreises darstellt, der um die Rotorachse zentriert ist. Das Statorgussstück 320 hat zudem gegenüberliegende, parallele Seitenflächen, die normalerweise vor der Rotorachse, gegen welche die Endplatte 322 liegen, positioniert sind. Eine Reihe von Hohlräumen sind im Statorgussstück geformt 320, wobei jeder Hohlraum sich durch das Gussstück von einer seiner Seitenflächen in die andere erstreckt, wobei die Enden der Hohlräume durch Endplatten 322 abgedichtet sind. Die Hohlräume erstrecken sich zu den Öffnungen durch die Innenfläche 312 und haben Retortenform, wie dies oben beschrieben wurde. Beim Stator sind die Halsabschnitt der Hohlräume so gerundet, dass sie allgemein in eine Richtung entgegengesetzt der Rotationsrichtung des Rotors 210 in einem spitzen Winkel von einem Tanges der Innenfläche weisen. Das Statorgussstück 320 hat zudem eine Reihe von Rippen 334, die zur Dissipation der Wärme vom Gussstück dienen.
  • In Rotationsrichtung des Rotors 210 wird die erste Kammer im Stator 310 als Kühlmittelinjektionskammer 314 bezeichnet. Diese retortenförmige Kammer ist nicht direkt mit dem Verbrennungsprozess verbunden. Stattdessen wird kalte Luft, der optionsweise ein Ölnebel und/oder Wassertropfen hinzugefügt werden, in die Kühlmittelinjektionskammer 314 eingespritzt, so dass die Luft und das Öl auf das Rotorgussstück 220 einwirken. Dies bereitet den Rotor auf die bevorstehende Verbrennungsfolge vor.
  • Nach der Kühlmittelinjektionskammer (in Richtung der Rotorrotation) befindet sich die Verbrennungskammer 316. Bei diesem Beispiel hat die Verbrennungskammer 316 Retortenform. Ein gewindegebohrtes Loch 318 führt durch das Statorgussstück in die Verbrennungskammer. Eine Zündkerze (nicht abgebildet) kann in dieses Gewindeloch 318 so eingesetzt werden, dass ihre Elektroden in die Verbrennungskammer 316 reichen.
  • Neben der Verbrennungskammer 316 ist im Statorgussstück 320 ein Einlass 324 gebildet. Der Einlass 324 ist ein zylindrischer Hohlraum, der sich axial durch das Statorgussstück erstreckt. Enden des Einlasses sind mit Transfervertiefungen 326 in jeder der Endplatten 322 verbunden. Verbrennungsgemisch kann durch die Passagen in einer oder beiden Endplatten 322 in die Transfervertiefungen 326 gelangen. In der ersteren Anordnung leitet der Einlass das Verbrennungsgemisch von der gehannten Endplatte 322 zur Transfervertiefung 326 in der anderen Platte.
  • Nach der Verbrennungskammer 316 befindet sich eine Reihe (bei dieser Ausführung zwölf) von retortenförmigen Ausdehnungskammern 332. Das Volumen der Ausdehnungskammern 332 nimmt in der Rotationsrichtung des Rotors 210 nacheinander zu.
  • Betrieb der Verbrennungseinheit
  • Auf den 12a, bis 12e und 13 haben wir eine Abbildung einer Verbrennungsfolge im Motor von 1. (Man sollte nicht vergessen, dass diese Ereignisfolge gleichzeitig in beiden Statoreinheiten auf genau gegenüberliegenden Seiten des Rotors stattfindet.) Es sollte zunächst nicht vergessen werden, dass der Einlass 324 mit unter hohem Druck stehendem Verbrennungsgemisch und Brennstoffgemisch gefüllt ist. Diese Kammer ist mehr oder weniger abgedichtet, weil die Transfervertiefungen 326 der Endplatten 322 gegen die Endplatten 222 der Rotoreinheit 210 anliegen.
  • Die Rotoreinheit 210 rotiert, bis die Einlassvertiefung 244 radial innerhalb von der Transfervertiefung 326 (12a) in Position kommt. Das Verbrennungsgemisch kann dann durch die Einlassvertiefung 244 in die Verbrennungskammer 316 strömen, wie das auch 13 ersichtlich ist.
  • Infolge unterbrochener Rotation der Rotoreinheit 210 schließt sich der Durchgang zwischen dem Einlass 324 und der Verbrennungskammer 316 und schließt somit das Verbrennungsgemisch in der Verbrennungskammer ein. Die Zündkerze kann dann unter Strom gesetzt werden, um die Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer 316 einzuleiten (12b).
  • Danach wird die Primärkammer 234 auf die Verbrennungskammer 316 ausgerichtet, wodurch sich das Gas von der Verbrennungskammer 316 in die Primärkammer 234 ausdehnt. Wenn das Gas auf die Wände der Primärkammer 234 auftrifft, wird es verlangsamt. Was dazu führt, dass ein Teil seines Momentes auf den Rotor übertragen wird. Während dieser Übertragung wird auf den Rotor eine Kraft angewandt, die zu einem Kräftepaar um die Motorachse A führt, und somit wird ein Drehmoment auf die Welle 122 übertragen. Die Gasausdehnung aus der Verbrennungskammer wird wiederholt, wenn nachfolgende Ausdehnungskammern 232 an der Verbrennungskammer 316 vorbeigehen, wodurch der Druck in der Verbrennungskammer nach und nach reduziert wird.
  • Gleichzeitig geht die Primärkammer 234 an der ersten Statorausdehnungskammer 332 vorbei und eine Gasmenge dehnt sich von der Primärkammer 234 in diese aus. Dies verursacht, dass ein weiterer, kleiner Impuls auf den Rotor angewandt wird. Dieser Prozess wird für nachfolgende Ausdehnungskammern mit nachfolgender Reduktion des Drucks in der Primärkammer 234 wiederholt.
  • Gase werden auf zwei Wegen zum Auspuff geführt. Gasse im Rotor können ungehindert entweichen, sobald die Kammer am Stator vorbei gelaufen ist und Gas kann von den Statorkammern in die Rotorabgaskammer 240 entweichen.
  • Bei einem alternativen Betriebsmodus wird eine relativ große Wassermenge in die Kühlmittelinjektionskammer 314 eingespritzt. Dieses Wasser wird in den Rotorkammern 232, 234, zu Dampf und transformiert somit die Rotoreinheit 210 in einen Dampferzeuger. Dieser Dampf dehnt zusammen mit den Verbrennungsgasen sich von den Rotorkammern 232, 234, in die Statorkammern 332 aus, ohne dabei die Verbrennung zu unterdrücken, und trägt somit zur Anwendung eines Kräftepaars auf den Rotor 210 bei. In diesem Modus operiert der Motor effektiv als interne Dampfturbine, was eine bekannte Motorklasse ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn (zum Beispiel), abgesehen von der Transferkammer, zehn Kammern im Rotor vorhanden sind, auf den Rotor zehn Impulse durch den Gasübertragungsmechanismus angewandt werden. Wenn die Zahl der Statorkammern der des Rotors entspricht, dann wird die Zahl der Impulse, obwohl sich die Zahl der Kammern verdoppelt hat, quadriert. Eine Gesamtzahl von zehn Rotor- und zehn Statorkammern liefert einhundert separate Impulse auf den Rotor, wobei das Gas zwischen den verschiedenen Kammern vorwärts und rückwärts fluktuiert. Diese können als die harmonischen Gasfluktuierungen eines Kadenzrekursivprozesses gesehen werden. Und dies, kombiniert mit dem direkten Kräftepaar, das auf die Rotoreinheit wirkt, anstelle durch ein System an mechanischen Verbindungen, trägt dazu bei, dem Motor seine Leistung und Leistungskraft zu verleihen.
  • Ein Schlüssel zur Motorleistung ist der, dass nicht nur Kammern im Rotor, sondern auch ähnliche Kammern im Stator vorhanden sind. Jede Ausdehnungskammer liefert einen zusätzlichen Impetus für den Rotor, so dass im gezeigten Beispiel 169 (d. h. 132) separate Impulse auf den Rotor übertragen werden. Der Ausdehnungsprozess kann als harmonische Gasfluktuierung in einem Kadenzrekursivprozess bezeichnet werden. Und dies, kombiniert mit dem direkten Kräftepaar, das auf die Rotoreinheit wirkt, anstelle durch ein System an mechanischen Verbindungen, trägt dazu bei, dem Motor seine Leistung und Leistungskraft zu verleihen.
  • Kraftstoffeinspritzung/Vergasung
  • Die Kraftstoffeinspritzung oder Vergasung kann in einem von mehreren Bereichen stattfinden. Beispiele hierfür sind u. a.: an der Eingabe 100 zum Kompressor 110, innerhalb des Kompressors 110; am Ausgang des Kompressors in den Transferleitungen oder Kammer 114; direkt in die Verbrennungskammer 316 oder, wie oben beschrieben, via eine Transferkammer. Die Einspritzung oder Vergasung kann somit in einem oder mehreren dieser Bereiche stattfinden. Zahlreichen Konfiguration eines oder mehrerer Kompressoren und Verbrennungseinheiten sind möglich, wobei jedoch die Einspritz- und Vergasungsmöglichkeiten bei diesen Konfigurationen den grundlegenden, beschriebenen Optionen entsprechen.
  • Abgas
  • Die Abgase aus der Verbrennungseinheit 116 werden durch einen zulaufenden, ringförmigen Venturi 144 entzogen. An einem Auslass des Venturi 144 vereint sich das Abgas mit dem Kühlungsluftstrom und die vereinten Gasströme werden in die Auspuffgasturbine 118 gesogen. Bei Operation bei hoher Leistung kann der Abgasstrom genügend Volumen und Geschwindigkeit haben, um die Turbine 118 anzutreiben und einen Nettobeitrag zur Ausgangsleistung des Motors zu leisten. Die Turbine 118 dient auch zur Ausspülung von Abgasen aus der Verbrennungseinheit 116 und unterstützt die Erhaltung des Kühlungsluftstroms.
  • Am Ausgang des Venturi befindet sich bei 152 eine Vielzahl an Passagen, die in Richtung des Abgasstroms auslaufen, wobei jede in einen V-förmigen Querschnitt in Richtung des Abgasstroms zuläuft. Hierdurch wird der Abgasstrom in die gewünschte Richtung bei einer Impedanz unter der in der umgekehrten Richtung gedrängt. Durch diese Anordnung reduziert sich Risiko, dass das Abgas unter Druck von der Kühlungsluft in die Verbrennungseinheit zurückströmt.
  • Die Abgasfrequenzen vom Motor sind typisch höher als dies bei herkömmlichen Motoren der Fall ist. Bei einem entsprechenden, zweizylindrischen Boxermotor mit einer maximal Drehzahl N pro Sekunde und n Kammern in jedem Rotor und Stator beträgt die Grundfrequenz 2 N Hz und die des harmonischen Hauptbauteils 2 nN Hz. Die Schalldruckwelle kann durch Einsatz einer Reihe von Helmholtz-Resonatoren im Auspuffrohr reduziert werden, wie dies auf 14a ersichtlich ist. In ihrer einfachsten Form können die Helmholtz-Resonatoren Seitenkammern 1310 sein (z. B. ungefähr kugelförmig), in die sich das Abgas vom Auspuffrohr 1312 ausdehnen kann.
  • Bei einer alternativen Ausführung können ein, zwei oder mehrere abstimmbare Resonatoren ungleicher Größe verwendet wird, wie dies schematisch auf 14b zu sehen ist. Jeder Resonator 1410 hat einen Zylinder 1412, in den sich das Abgas von einem Auspuffrohr 1414 ausdehnen kann. Die Zylinder werden jeweils von einem dazugehörigen Kolben geschlossen, der zur Anderung des Volumens (und somit der audioresonanten Frequenz) des Resonators 1410 verstellt werden kann. Die abstimmbaren Resonatoren 1410 sind so angelegt, dass der größere die Grundfrequenz und der kleinere Hauptoberschwingung absorbiert. Der Abstimmkolben 1416 jedes Resonators wird bewegt, während der Motor in Betrieb ist, wobei die Position der einzelnen Resonatoren mittels eines Servomechanismus' 1420 mit der Motorgeschwindigkeit verkoppelt ist. Das Volumen beider Resonatoren 1410 nimmt bei zunehmender Motorgeschwindigkeit ab.
  • Feststellung von Fehlzündungen in einem Funkzündungsmotor
  • Wie auf 15 (bei einer Ausführung) zu sehen ist, sind kleine Messspulen um die Zündleitungen 1514, 1516, welche die Zündkerzen 1518 z. B: in einem wie oben beschriebenen Motor versorgen, gewickelt. Die Spule 1510, 1512 führen einem Verstärker 1520 entgegengesetzte Messeingaben einer Zunahme zu, die durch Widerstand R definiert wird, zu. Eine Bezugsspannung V führt die andere Eingabe zu und bestimmt eine Auslöseschwelle. Wenn die Zündkerzen 1518 normale operieren, dann nehmen beide Spulen 1510, 1512 den selben Induktionsstrom auf und die Ausgabe des Verstärkers 1520 beträgt fast null Volt. Wenn eine Zündkerze 1518 fehlzündet, dann ist die Ausgabe des Verstärkers 1520 entweder positiv der negativ. Derartige Impulse können zur Auslösung eines Alarms verwendet werden. Wird eine Diode D in den Rückkopplungsweg inkorporiert, dann verriegelt sich der Verstärker 1520, um eine fortlaufende Anzeige über eine eingetretene Fehlzündung zu liefern.
  • Schmierung
  • Die Schmierung der Rotorflächen kann (wie oben erörtert) durch Öleinspritzung, feines Luft-Öl-Nebelspray oder festes Graphit erfolgen. Als Alternative oder zusätzlich kann eine Schmierbürste' 1610, wie auf 16 gezeigt, vorgesehen werden. Die Schmierbürste 1610 hat u. a. einen Körper aus Schmiermaterial, wie z. B. eine Graphitstange 1612. Eine Feder 1614 hält die Bürste gegen die Fläche des Rotors 210. Die Bürste sitzt auf dem Stator unmittelbar vor der Verbrennungskammer 316; in dieser Position kann maximale Wirksamkeit erzielt werden.
  • Rotor-/Statorabstandsregelung
  • Eine Motorausführung der Erfindung operiert allgemein bei Geschwindigkeiten, die über diejenigen herkömmlicher Kolbenmotoren erheblich, vielleicht um bis zu 30.000 U/Min. hinausgehen. Ein Problem, das sich hierdurch stellt, ist, dass der Durchmesser des Rotors sich infolge von Wärmeausdehnung und zentripetale, elastische Deformierung infolge zunehmender Rotorgeschwindigkeit erhöht. Die einfache Vergrößerung des Rotor-/Statorabstands stellt jedoch keine zufriedenstellende Lösung dar, weil dies einen übermäßigen Gasaustritt aus den verschiedenen Kammern erlauben würde.
  • Die in Ausführung der Erfindung können Systeme inkorporiert werden, welche den Abstand zwischen Rotor und Stator präzise kontrollieren. Dieser Prozess wird als dynamische Abstandsregelung bezeichnet. Die Objektive einer diesbezüglichen Anordnung besteht in der Vermeidung des Bedarfs für anfällige Dichtungsspitzen und -ringe, obwohl diese nach Wunsch eingesetzt werden können. Derartige Dichtungen (wenn vorhanden) befinden sich typisch an den Seitenteilen der Rotor- und Statorkammern und um die Rotoransätze. Bei einer axialen Konfiguration (siehe unten) besteht kein Bedarf für die Anderung von Dimensionen, sondern nur Abstandsregelung. Die Stator- und Rotorkammern lassen sich jedoch viel schwieriger herstellen und Drucklager oder eine An von Druckausgleich sind notwendig. Bei jedem Designvorgehen bedeutet die Kombination der hohen Rotorgeschwindigkeit und die präzise Abstandsregelung, dass idealerweise keine Dichtungen benötigt werden, da erstens die Gas'entweichungszeit' aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit reduziert wird und zweitens der Abstand eng genug ist, um eine Entweichung zu reduzieren.
  • Eine Hauptobjektive besteht darin, den Rotor-/Statorabstand bei allen Motorgeschwindigkeiten konstant zu halten. Dies kann durch ein Reglersystem erreicht werden, das a) die Abstandsausmaße entweder direkt durch Kontakt oder durch Sensorverfahren, wie z. B. Nähesensor oder Laserstrahl misst, b) die Abstandsmessungen von Bauteiltemperaturen (Rotor und Stator) zusammen mit der Rotorgeschwindigkeit inferiert oder c) eine Kombination beider Typen a) und b) ist.
  • Bei dieser Ausführung wird der Abstand durch Bewegung der Statoreinheiten in Richtung auf oder weg von der Motorachse A geregelt, wobei diese Bewegung durch ein Reglersystem kontrolliert wird. Um dies zu erreichen, wird jede Statoreinheit an den führenden und nachlaufenden Kanten auf einer entsprechenden Nockenwelle getragen. Die Rotation der Nockenwellen verursacht Folgebewegung der Statoreinheit in Richtung auf oder weg von der Motorachse A. Die Nockenwellen sind für Gegenrotation angeordnet, damit die Kräfte, die sie auf die Statoreinheit 310 ausüben, so gut wie möglich ausgeglichen sind.
  • Bei dieser Ausführung (die allgemeine als eine Konfiguration mit "Dehnungsbacken" bezeichnet wird, ist der Radius der nach innen zeigenden Fläche des Stators 312 größer als der Radius der Außenfläche 212 des Rotors 210, wenn er kalt ist und stillsteht. Dies ist auf 17 ersichtlich. Diese Radii sind so angelegt, dass sie, wenn der Motor bei fast Höchstgeschwindigkeit und -temperatur läuft, gleich sind, wie dies auf 18 zu sehen ist. Bei zunehmender Geschwindigkeit und Temperatur des Rotors 210 wird die Statorposition mittels eines kontrollierten Servomotors und mechanischen Antriebssystems (nicht abgebildet) nach außen angeglichen, um einen konstanten Abstand an der Öffnung der Verbrennung 316 zu erhalten. Ein gewisser Kompromiss bezüglich des Abstands tritt bei den letzten Statorausdehnungskammern 332 auf, insofern deren Abstände zu weit sind, bis Vollgeschwindigkeit und maximale Temperatur fast erreicht sind. (Bei einer alternativen Ausführung kann dieser Effekt durch Vorsehung von mehre Backen und/oder Unterteilung des Stators in weitere Segmente reduziert werden). Als Alternative oder zusätzlich können Abdichtstreifen 1710 bei den Statorseitenteilen dieser letzten Kammern 332 hinzugefügt werden. Der Vorteil dieses beschriebenen dynamischen Dehnbackensystems, besteht darin, dass das Kammerdesign und die Herstellung nicht kompliziert sind und der Rotor zur Gasübertragung ohne Vergrößerung des Transportbereichs verwendet werden kann. Das Motordesign wird somit, zu Kosten einer optimalen Abstandsgröße näher bei der Motorhöchstgeschwindigkeit, kompakt und einfach gehalten. Es wird darauf hingewiesen, dass der Backenantriebsmechanismus 'versetzt' positioniert ist, um sicherzustellen, dass die Backenbewegung auf die beiden Verbrennungskammern ausgerichtet wird (Linie X-Y auf 17 und 18).
  • Einzelheiten zu 'kegelfömiben' Ausführungen
  • Bei alternativen Ausführungen wird der Rotor- und Statorabstand dadurch gebildet, dass der Rotor in Form eines Kegels gebildet ist, wie dies auf den 19 und 20 zu sehen ist.
  • Bei kegelförmigen Ausführungen werden Rotor und Stator beide um den gleichen Betrag kegelförmig angelegt. Wenn sich der Rotor infolge von zentripetalen Kräften ausdehnt und sowohl Rotor und Stator sich infolge von Wärmedehnung ausdehnen, dann wird die Rotorposition relativ zu der des Stators angepasst. 19 zeigt die Konfiguration dieser Ausführung vor der Dehnung und 20 zeigt die Konfiguration dieser Ausführung nach der Ausdehnung. Wie sich zeigen wird, ändert die Bewegung des Rotors 1910 axial entlang der Welle 122 den Zwischenraum zwischen dem Rotor 1910 und dem Stator 1912. Die Bewegung des Rotors 1910 wird dadurch erzielt, dass er auf dem verzahnten Teil der Welle 122 sitzt. Ein axiales Ende der Rotoreinheit 1910 ist mit einem Drucklager 1914 in Kontakt, das in einem Ring 1918 sitzt, der selbst konzentrisch mit der Welle 122 sitzt. Eine Außenfläche 1916 des Rings 1918 wird mit einem externen Schraubgewinde gebildet, das in eine interne Schrauböffnung in einem Stützglied 1926, das relativ zum Stator 1912 befestigt ist, verschraubt ist. Die axiale Bewegung des Rings 1918 mit dem Rotor 1910 ist verhindert, wobei er jedoch relativ zu diesem rotieren kann. Der Ring 1918 hat zudem einen radial hervorstehendes Getriebeteil 1920. Ein Servomotor 1922 operiert durch einen Getriebezug 1924, um die Drehbewegung des Rings 1981 infolge der Wirkung seines Gewindeaußenfläche 1916 zu bewirken. Dies wiederum ändert den Abstand zwischen Rotor und Stator. Im Vergleich zu Ausführung auf 1 könnten größere Ausmaße für Transferkammern und Öffnungsbereich notwendig sein, es sei denn, es kommen separate Öffnungsventile zum Einsatz. Optimale Abstandsregelung kann jedoch über den Geschwindigkeitsbereich zur Verfügung gestellt werden.
  • Einzelheiten zu "axialen" Ausführungen
  • Mit Bezug auf 21 werden bei einer weiteren alternativen Ausführung Verbrennungs- und Ausdehnungskammern 2110 in. Flächen eines ringförmigen Rotors 2112 und Stators 2114 definiert. Axiale Bewegung des Rotors auf der Welle 122 kann mittels einer Einheit 2116, ähnlich der im letzten vorhergehenden Paragraphen beschriebenen, erzielt werden.
  • Das Dehnbackendesign ist jedoch eher ein Kompromiss als das Kegeldesign, profitiert allerdings von einem einfacheren Transferkammer- und Primärkammeraufladedesign, insofern der Rotor für diesen Zweck eingesetzt werden kann. Das Backendesign wird später in dieser Patentschrift detaillierter beschrieben.
  • Abstandsreglersysteme
  • Ein erstes Abstandsreglersystem ist auf 22 zu sehen. Bei diesem System stellt ein Sensor S das Abstandsausmaß fest und erzeugt dann ein Ausgabesignal, welches diesen Abstand angibt. Dies führt einem Verstärker A zugeführt, der einen eingestellten Spannungsbezug R für die erforderliche Abstandsgröße hat. Der Verstärker erzeugt eine Ausgabe, wenn ein Unterschied zwischen dem Einstellwert und dem tatsächlichen Abstand besteht, die einen Servomotor M antreibt, der wiederum eine mechanische Verbindung L betriebt, bis die Größe des Abstands wird auf das erforderlich Ausmaß hergestellt wird. Hierbei handelt es sich um ein geschlossenes Schleifensystem. Wenn über den Rotordurchmesser zwei Detektoren eingesetzt werden, dann können die Ausgabespannungen einem geeigneten elektronischen Schaltkreis, wie z. B. einem Mikroprozessor, zugeführt werden, um Exzentrizität und Schwankung festzustellen.
  • Bei dem auf 23 abgebildeten System besteht keine direkte der Abstandsgröße. Stattdessen wird ein Wert, je nach Rotorgeschwindigkeit und Rotor- und Statortemperatur, von einer elektronischen Nachschautabelle T erhalten. Der Servomotor M wird angetrieben, um eine korrekte Abstandseinstellung durch die Verbindung L zu liefern. Hierbei handelt es sich um ein offenes Schleifensystem.
  • Bei dem auf 24 gezeigten System wird die Schleife dadurch geschlossen, dass der Sensor ein Dehnungsmesser ist, der das Drehmoment auf den Stator misst. Das Rotor-Statordesign ermöglicht die Interaktion nicht-kritischer Flächen, wie z. B. an den Ansätzen von Rotor und Stator. Dies erzeugt einen Widerstand Dies ermöglicht die zusätzlich Kopplung infolge der Feststellung eines finiten Betrags der Rotorverlangsamung. Dies wird durch die Extraktion der Drehmomentleistung von einem Dehnungsmesser in der Ausgabewelle des Rotors erhalten. Wenn keine Widerstandsverlangsamung zwischen Rotor und Stator auftritt, dann ist die Ausgabe der beiden Ladezellen gleich. Wenn sich der Abstand verkleinert, nimmt der Widerstand zu und die Ausgabe der Ladezelle des Stators nimmt zu. Dies kommt bei einem System, wie es in Bezug auf 22 beschrieben wird, durch den Verstärker und seine dazugehörigen Systemelemente in Operation, um den Widerstand wieder auf den Einstellwert zurückzubringen. Und der Abstand wird somit geregelt.
  • Überwachung der Lager
  • Wenn, wie bei 25, mehrere Sensoren S1, S2 über den Rotordurchmesser zum Einsatz kommen, dann können Lagerschwankungen und -exzentrizität festgestellt werden, dies erfolgt durch einen zusätzlichen Verstärker A1, der den Unterschied zwischen den Ausgaben der beiden Sensoren S1, S2 feststellt. Die Ausgabe von Verstärker A1 wird an einen weiteren Verstärker A2 zugeführt, der einen Bezugswert hat, welcher eine Ausgabe liefert, wenn Abweichungen über dem Einstellwert festgestellt werden. Dies wird zur Anzeige von Lagerverschleiss über eine akzeptable Grenzen hinaus verwendet.
  • Kombinierte Überwachung von Lagern und Fehlzündung mit Einspritz- und Zündungssynchronisierung
  • Auf 26 ist ein kontaktloses Abstandsreglersystem zu sehen, das sich z. B. für die Ausführung von 1 eignet. Eine besondere Art von Sensor kommt zum Einsatz, der aus einer isolierten Platte 2610, die auf dem Stator 310 sitzt, und einem angeschlossenen Hochfrequenzoszillator = besteht. Der Abstand wird gemessen, indem die Kapazitanzänderung zwischen Platte und Rotor gemessen wird. Eine solche Anderung in der Kapazitanz kann zu einer Anderung der Frequenz des Oszillators 0 führen. Dies ist die Basis für Nähesensoren, die zum Einsatz bei Ausführungen der Erfindung eignen. Die Ausgabe des Oszillators = wird einem geeigneten Frequenz-Spannungs-Wandler (F-S-Wandler), wie z. B. einer Diodenpumpe, zugeführt, dessen Ausgabespannung eine nachfolgende Verstärkerstufe A, wie bereits beschrieben, versorgt. Wenn, während des Betriebs, sich der Abstand schließt, dann steigt die Kapazitanz zwischen der Platte und der Erdebene, die Frequenz des Oszillators fällt und die Ausgabe vom Frequenz-Spannungswandler nimmt ab, worauf dann die folgenden Phasen reagieren.
  • Dieser besondere Sensortyp ist nützlich, wenn er so positioniert wird, dass die geplante Störung auf der Rotorfläche von ihm gescannt wird. Bei einer solchen Störung kann es sich um eine Transferkammer handeln, es könnte aber auch eine spezifisch konstruierte Depression oder die Kammeröffnungen im Rotor sein. Dies bedeutet, dass er zur Zurverfügungstellung einer wie bereits beschriebenen, dynamischen Abstandsregelung eingesetzt werden kann; Synchronisierung für Zündung und Kraftstoffeinspritzung mit Lager- und Fehlzündungsüberwachung alle in einem Sensor vereint.
  • Die zusätzliche Schaltkreise, die notwendig sind, um dies zu erreichen, sind auf 27 zu sehen. Der F-S-Wandler reagiert infolge der frequenzmodulierten Wellenausgabe vom Oszillator 0, um eine Spannungsausgabe zu einem Schaltkreispunkt a zu liefern, wozu eine Folge von Spannungsspitzen am Schaltkreispunkt b gehören. Diese Spannungsspitzen entsprechen den periodischen Depressionen im Rotor. Diese Spannungsspitzen werden durch ein Widerstand-/Kapazitornetz R integriert, bevor sie auf den Abstandsreglerverstärker A1 am Schaltkreispunkt c angewandt werden. Die Trennung zwischen den Spitzenspannungen ist die Zeitperiode T der Rotordrehung. Die Spannungsspitzen werden weiterhin durch eine Widerstands-/Induktometz R2 L1 am Schaltkreispunkt d differenziert und durch eine Diode D1 am Schaltkreispunkt e rektifiziert. Die Ausgabe am Schaltkreispunkt e wird dann verwendet, um die Zünd- und Einspritzkontrollschaltkreise, wo vorhanden, auszulösen, die jeweils als I und J gezeigt sind. Die ungefähren Spannungswellenformen an jedem Punkt b, d, und e werden als die oberen Aufzeichnungen jeder der drei eingeschobenen Darstellungen auf 27 gezeigt.
  • Wenn, z. B. infolge von Lagerverschleiss, Rotorschwankung eintritt, dann weist die Frequenzmodulation am Oszillator eine weiter Komponente auf, die dazu führt, dass bei Punkt b ein zusätzlicher Sparunngsanstieg eingeführt wird. Die Auswirkung auf die Spannung, die den jeweiligen Schaltkreis punkten b, c und e erfolgt, ist als die untere Aufzeichnung jedes der drei eingeschobenen Abbildungen auf 27 zu sehen.
  • Die Wirkung auf das Abstandsreglersystem ist die, dass sich der Abstand geringfügig vergrößert, um die Schwankung auszugleichen. Die linear ansteigende Spannung dV, die auf Aufzeichnungspunkt b1 gezeigt wird, wird durch eine zusätzliche Integrationsstufe einer kleineren Zeitkonstante, die diejenigen, die zur Versorgung des Verstärkers A1 verwendet wird, extrahiert. Diese hat eine Sägezahnausgabe am Schaltkreispunkt f (als Aufzeichnung f gezeigt) mit erheblich reduzierten Spannnungsspitzen. Wenn keine Schwankungen auftreten, dann wird von diesem Schaltkreis eine niedrige Ausgabe erzeugt. Die linear ansteigende Spannung dV kann durch einen Bezugsverstärker A2 mit einer Verriegelungsfeedbackdiode D1) festgestellt werden. Diese verriegelt hoch, wenn die Stufe von dV) größer als die Bezugsspannung R) ist. Diese Ausgabe dieses Verstärkers liefert somit eine Anzeige für übermäßigen Lagerverschleiss. Ein weiterer Verriegelungsverstärker A3 mit einem niedrigeren Bezugspunkt kann optionsweise vorgesehen werden, um Fehlzündungsvibration auf ähnliche Weise festzustellen.
  • Der oben erörterte Abstandssensor kann durch Miteinbeziehung eines Induktors in einer Induktorvertiefung zur Linearisierung der Reaktion und Erhöhung der Ansprechbarkeit des Sensors verbessert werden. (Wird nur entweder ein Induktor oder ein Kapazitor verwendet, dann wird eine Reaktion mit umgekehrter Quadratwurzel erzielt).
  • Kompressorkonfiguration
  • Ein Mehrstufenkompressor 2810 ist auf 28 zu sehen. Ein derartiger Kompressor kann in die Ausführung von Abbildung inkorporiert werden. Ein Laufrad 2910, das sich zur Verwendung mit dem Kompressor 2810 eignet, ist auf den 29 und 30 zu sehen. Das Laufrad 2910 ist so entwickelt, dass das selbe Laufradgussstück für alle Kompressorstufen verwendet werden kann. Die größte Größe ist die Grundlage für alle Laufräder und diese werden maschinell auf das gewünschte Profil bearbeitet, wie dies durch die gestrichelten Linien auf 30 angedeutet ist. In ähnlicher Weise kann der Kompressor 2810 ein Gehäuse haben, das sich aus identischen Einheiten 3110 zusammensetzt, wie dies auf 31 zu sehen ist, die maschinell auf das gewünschte Tiefenprofil bearbeitet werden, was ebenfalls durch die gestrichelten Linien angezeigt wird, und dann miteinander verschraubt werden, um verschiedene Ausströmräume zu bilden, innerhalb derer die Laufräder 2910 enthalten sind. Eine Diffuserablenkplatte 3210 des Kompressors 2810 ist auf 32 zu sehen. Diese basiert wiederum auf der größten Einheit und wird maschinell bearbeitet, um in die entsprechenden Ausströmräume zu passen (siehe gestrichelte Linien auf 32a). Der Vorteil dieser Konstruktionsmethode ist der, dass sie äußerst flexibel und kosteneffektiv ist. Der Kompressor 2810 wird modular aus lediglich drei Gussstücken gebaut und kann für verschiedene Stufenkompressionsverhältnisse und für so viele Stufen wie notwendig entwickelt werden.
  • Wenn die Gussstücke für das Laufrad und die Ausströmräume aus temperaturbeständigen Materialien, wie z. B. Edelstahl oder Nickelstahl für das Laufrad, hergestellt werden, dann kann das Kompressordesign auch für Vor- oder Nachturbolader oder für Einheiten mit Turbounterstützung verwendet werden. Hierdurch erweitert sich wiederum die Applikation des Designs.
  • Das Design des Rotors und des Stators dieses Motors kann auch als ein ineffizienter Kompressor verwendet werden, wenn der Rotor angetrieben wird.
  • Kühlung
  • Die Temperaturen von Rotor und Stator werden durch Sensoren s1 und s2, auf 33 zu abgebildet, gemessen. Signale von den Sensoren werden einem Differentialverstärker A1 zugeführt, dessen Ausgabe einen Servomotor m1 antreibt, der dann wiederum eine erste Schlitzscheibe d1 bewegt. Die erste Schlitzscheibe d1 liegt gegen eine zweite Schlitzscheibe d2 an. Hierdurch wird der Luftstrom vom Stator zum Rotor und umgekehrt abgelenkt, so dass das Temperaturdifferential zwischen ihnen auf einem Minimum gehalten wird. Ein weiterer Verstärker A2 kann vorgesehen werden und an einen der Sensoren s1 sowie eine Bezugsspannung R angeschlossen werden. Der zweite Verstärker A2 treibt einen zweiten Servomotor m2 an, der dann wiederum eine dritte Schlitzscheibe d3 bewegt, welche die beiden anderen Scheiben d1, d2 überlagert. Dies hat die Wirkung der Kontrolle des Gesamtluftstroms und somit der Gesamttemperatur von Rotor und Stator.
  • Abdichtstangen
  • Wo im Design Abdichtstangen vorgesehen sind, z. B. in der Dehnbackenkonfiguration (wie nachfolgend erörtert), dann können die Stangen profiliert sein, dass sie einen geringfügigen Unterschnitt für den Abschnitt aufweisen, der über die Rotorkammer geht. Die Stangen ruhen somit nur gegen die Rotoransätze. Die Stangen können aus Gusseisen hergestellt werden, das selbsschmierende Eigenschaften hat. Endabdichtringe können installiert werden, tragen jedoch zur Komplexität des Designs bei. Der Großteil möglicher Gasentweichung findet über die Kammernlänge statt.
  • Motorkonfigurationen
  • Es sind viele Kombinationen und Konfigurationen der Rotor- und Statoreinheiten möglich, Einige hiervon werden nachfolgend zusammen mit den entsprechenden Umrissabbildungsbezugnahmen angefuhrt:
  • Integrale Motorkonfigurationen:
    • 1. Konzentrischer Stator und Rotor oder konzentrische Statoren und Rotoren. 34a und 34b)
    • 2. Axialer Stator und Rotor oder axiale Statoren und Rotoren. 35a und 35b)
    • 3. Mutter(verbrennungs)kammer oder -kammern im Stator oder den Statoren. 36a und 36b)
    • 4. Mutterkammer oder -kammern im Rotor oder den Rotoren. 37a und 37b)
    • 5. Nichtentgegengesetzte Kammern im Rotor und Stator oder den Rotoren und Statoren. 38a und 38b)
    • 6. Entgegengesetzte Kammern im Rotor und Stator oder den Rotoren und Statoren. 39)
    • 7. Statoren Stator oder mit Dehnbackenabschnitten für konzentrische Formate. 39)
    • 8. Kegelförmiger Stator und Rotor oder kegelförmige Statoren und Rotoren für konzentrische Formate. 40)
    • 9. Gleitrotor oder -stator oder -rotoren und -statoren für axiale Formate. 41)
    • 10. Kompensiertes Rotorpendelgewicht für konzentrische Formate. 42)
    • 11. Nur Rotor- oder Rotor- und Statorauspuff. 43a und 43b)
    • 12. Gasgekühlter oder flüssigkeitsgekühlter Rotor und Stator oder Kombinationen. 44a und 44b)
  • Externe Motorenkonfigurationen
  • Es sind viele externe Motorenkonfigurationen möglich. Eine der einfachsten sowie mehrere Variationen wurden bereits beschrieben. Eine Liste der wichtigeren, externen Konfigurationen wird nachfolgend aufgeführt. Zur Beschreibung dieser Konfigurationen wurde eine spezielle Syntax entwickelt, deren Grammatik der Liste vorausgeht. Zwischenstufenkühlung zwischen Kompressionsstufen wurde nicht mit einbezogen, um die Zahl der Beispiele zu beschränken. Diese kann an jeder Verbindungsstelle zwischen zwei oder mehreren Kompressoren oder zwischen den Stufen innerhalb eines Mehrstufenkompressors angewandt werden. Um das erforderliche Kompressionsverhältnis zu erzielen, müssen Kompressoren normalerweise mehrstufig sein. Zentripetale oder axiale Kompressoren können beide verwendet werden.
  • Grammatik:
    • i) Die Fließrichtung der Arbeitsflüssigkeit ist von links nach rechts. Die Sequenz wird durch die Turbinenexpansion bestimmt.
    • Kompressoren werden mit C, Turbinen ii) mit T bezeichnet und in einem Satz durch Kommas getrennt.
    • iii) Kompressoren- und Turbinensequenzen werden durch tiefgestellten Index identifiziert.
    • iv) Kompressor-Turbinensätze haben die selben tiefgestellten Indexe.
    • v) Kaskadenkompressoren haben die selben Punktprodukte, was auch auf Turbinen zutrifft.
    • vi) Die Leistungsturbine ist fettgedruckt.
    • vii) Isolierten Turbinen geht ein Pluszeichen voran und sie haben Dualzufuhrturbinen in Klammern.
    • viii) Eine Hilfsturbine auf der gleichen Welle erscheint im Kursivdruck.
    • ix) Schalten wird durch I angezeigt.
  • Externe Konfigurationen:
    • 1. {C, T} Einzelspulenkompressor-Turbinensatz mit Ausgabe von der Turbine. 45)
    • 2. {C1, C2, T1. T2} Einzelspulenkompressur-Turbinensatz mit Nachkompressionsturboladung. 46)
    • 3. {C2. C1, T1. T2} Einzelspulenkompressor-Turbinensatz mit Vorkompressionsturboladung. 47)
    • 4. {C3. C1, C2, T1. T2, T3} Einzelspulenkompressor-Turbinensatz mit Vor- und Nachkompressionsturboladung. 48)
    • 5. {C1, (T1 + T2)} Kompressor-Turbinensatz mit isolierter Hauptausgabeturbine. 49)
    • 6. {C1. C3, (T1 + T2). T3} Kompressor-Turbinensatz und isolierte Hauptausgabeturbine mit Nachkompressionsturboladung. 50)
    • 7. {C3. C1, (T1 + T2). T3} Kompressor-Turbinensatz und isolierte Hauptausgabeturbine mit Vorkompressionsturboladung. 51)
    • 8. {C4. C1. C3, (T1 + T2), T3. T4} Kompressor-Turbinensatz und isolierte Hauptausgabeturbine mit Vor- und Nachkompressionsturboladung. 52)
    • 9. {C1, T1. T2} Einzelspulenkompressor-Turbinensatz mit Nachexpansionsturbinenunterstützung. 53)
    • 10. {C2, T1. T2|C2, (T2 + T1)} Einzelspulenkompressor-Turbinensatz mit Nachexpansionsturbinenunterstützung und Schaltung auf isolierte Hauptausgabeturbine. 54)
    • 11. {C1, T1. T3|C1. C2, T1, T2, T3} Kompressor-Turbinensatz mit Nachexpansionsturbinenunterstützung ergänzt durch Nachkompressionsturboladung. 55)
    • 13. {C3. C1. C2, T1. T2. T3. T4} Kompressor-Turbinensatz mit Nachexpansionsturbinenunterstützung und Vor- und Nachturboladung. 56)
  • Motor mit äußerer Verbrennung
  • Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung findet die Verbrennung des Brennstoffs außerhalb der Einheit statt. Die Erfindung kann auf Einheiten mit äußerer Verbrennung, wie z. B. Dampfmotoren oder vorerwärmte Heissgasmotoren angewandt werden. Wie auf 57 ersichtlich ist, ist das Motorendesign im Grunde das selbe, mit der Ausnahme, dass keine Kompressorstufe zum Einsatz kommt. Dampf oder heiße Gase werden in einem Boiler B (oder einer Produktionseinheit P) erzeugt. Zusätzlich sind die Arbeitstemperaturen niedriger, die Einschränkungen auf das Design sind in vielerlei Hinsicht weniger streng, besonders im Bereich von Abdichtung und Kompensierung für thermale Ausdehnung. Mit Dampf als Arbeitsflüssigkeit kann durch Einsatz eines Kondensators C Wasser zurückgewonnen werden.
  • Permutationen beim Motordesign
  • Es ist offensichtlich, dass zwischen den internen Konfigurationen (12 Grundformate); dem Abstandsreglersystem (3 Grundformate) und den externen Konfigurationen (12 Grundformate) mehr als vierhundert mögliche, einfache Permutationen der grundliegenden Designoptionen bestehen.
  • Diesel-artige Versionen
  • Eine Version mit einem Diesel-artigen Zyklus unterscheidet sich dadurch, dass höhere Kompressionsverhältnisse zum Einsatz kommen, und dass, wie bereits beschrieben, keine Tochterkammer oder zumindest eine kleinere Tochterkammer vorhanden ist. Wäre diese vorhanden oder zu groß, dann würde sie einen Teil der Arbeitsflüssigkeit (Verbrennungsgase) vorzeitig ableiten. Beim Dieselzyklus ist eine Brennstoffeinspritzung durch die gesamte Ausdehnungshubentsprechung hindurch erforderlich. Es ist daher wichtig, dass nicht zuviel der Gasvolumen wahrend des ersten Teils des Verbrennungsprozesses zu früh von der Verbrennungskammer abgeleitet wird. Die Brennstoffeinspritzung kann direkt in die Verbrennungskammer oder in einen Vorverbrennungskammer, wie diese bei leichten Dieselmotoren der Fall ist, erfolgen. In allen wird jedoch die Entsprechung des Dieselmotorzyklus bei diesem Motor in eine hohe Geschwindigkeit, hohe Kraft und einen hohen Leistungszyklus umgesetzt, besonders dann, wenn die horizontal entgegengesetzte Konfiguration verwendet wird, bei der ein Großteil des Diesel "klopfens", das bei herkömmlichen Hubkolbendieselmotoren festgestellt wird, vermieden werden kann.
  • Motoraussehen insgesamt und unterstützte Kühlung
  • Ein dem auf 7 ähnliches Motordesign ist auf den 58a bis 58f zu sehen. Der Querschnitt dieses Motors über die Rotor- und Statoreinheiten r und s zeigt vierzehn Rotor- und vierzehn Statorkammern. Hierzu gehören die Rotor- und Statorkraftauspufföffnungen, bei jedem der Zylinderentsprechungen dieser horizontal entgegengesetzten Konfiguration. Jeder 'Zylinder' liefert somit 196 verschiedene Kraftimpulse während der Kolbenhubentsprechung. Kohlenbürstenschmierung ist an cb vorgesehen. Abdichtstangen sind bei den letzten Kammern von Stator sb vorhanden. Die Statoreinheit besteht aus zwei Hälften, die dem oben erörterten 'Dehnbackendesign' entsprechen. Auf 1 ist ein Querschnitt durch den gesamten Motor mit seiner Vierstufenzentripetalkompressorenheit 110 abgebildet. Bei dem Motor handelt es sich um eine luftgekühlte Otto-artige Einheit. Luft strömt durch die Rotorkühlflüssigkeitsleitungen 236 und über die Statorkühlrippen 334, die an den Statoreinheiten 310 angebracht sind. Zusätzliche Kühlung wird erzielt, wenn erforderlich, wie z. B: bei maximaler Motorleistung, indem ein feines Wasserspray in den Luftstrom, z. B: am Lufteinlass 100 oder stromab hiervon, eingespritzt wird.
  • Eine Turbinenunterstütztungseinheit 118 ist auf der selben Welle vorgesehen, sie wird vom Statorauspuff über die Rotorauspufföffnung angetrieben. Diese wird mittels eines Venturi 144 versorgt, wodurch sich die Geschwindigkeit der Abgase erhöht und diese somit der Laufradrate anpasst. Würde in die Konfiguration ein Brennstoffverbrenner mit einbezogen, dann würde ein voller Gasturbineneffekt erzeugt. Da das Turbnunterstützungslaufrad von den selben Formen wie die des Kompressors gegossen wird, wird die Luftdurchströmfolge durch den Kompressor auf das umgekehrt, was logischer erscheinen würde. Durch die Miteinbeziehung von Vor- und Nachturboladern (nächster Paragraph) ist dies jedoch ohne Bedeutung, da für diese Einheiten zusätzliche Rohrleitungen vorgesehen sind.
  • Zusätzliche Vor- und Nachturbolader können bei dieser Konfiguration vorgesehen werden. Bei der Einheit handelt es sich um einen Typ {C1. T1. T2} mit Turbounterstützung. Wird Vor- und Nachturboladung hinzugefügt, dann wird diese als eine {C3. C1. C2, T1. T2. T3. T4} Konfiguration bezeichnet, wobei die Turbinenexpansionsfolge von 'Haupt-' zu 'Nach-' oder 'Vorunterstützung' erfolgt.
  • Im Stator sind zwei Auspuffe und für den Rotor sind zwei möglich, wenn der Rotor sogar konfiguriert ist, dass seine Abgase zum Stator gehen. Im letzteren Fall können die Auspuffe unabhängig auf den Turboladern operieren. Neue Auspuffkonfigurationen sind möglich, wie z. B: {C3. C1 C2, T1. t2. T2. T3} oder {C3. C1. C2, T1. t2. t3. T2,} wobei die Kleinbuchstaben einen Rotorauspuff andeuten. Im vorherigen Beispiel wird allein die Unterstützungsturbine durch den Rotorauspuff angetrieben, wie dies oben beschrieben wurde. Im letzteren Beispiel werden die Vor- und Nachlader vom Rotorauspuff angetrieben, während die Unterstützungsturbine allein vom Statorauspuff angetrieben wird. Die Syntax kann die Identität zwischen mehrfachen Statorauspuffen durch weitere tiefgestellte Zeichen verbessern; {C12. C1.i. C22, T1. t2. T12. T22} ist die selbe wie die erste Konfiguration, wobei jedoch definiert wird, dass jeder Statorauspuff separat einen Turbolader antreibt und der gemeinsame Rotorauspuff die Unterstützungsturbine antreibt. Diese Identifikationsmethode kann über so viele Auspuffe wie notwendig eingesetzt werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass Turbounterstützung zusätzliche 'freie' Abgasleistung zum Antrieb des Mehrstufenkompressors liefert. Turbovorladung ermöglicht die Erreichung zusätzlicher Höhe bei Flugzeugmotoren wiederum frei vom Auspuff. Nachturboladung liefert zusätzliche Kompression, wiederum frei vom Auspuff. Dies ist besonders nützlich, weil der Kompressor klein angelegt werden und bei einer höheren Drehzahl als der Hauptmotor rotieren kann. Die letzten beiden Ergebnisse gewährleisten eine gleichmäßigere Kompressionsleistung über den Geschwindigkeitsbereich des Motors. Zwischenkühlung kann zudem dem Motor zwischen den verschiedenen Kompressionsstufen hinzugefügt werden, um die volumetrische Leistung zu erhöhen. Die Definition für die abgebildete Einheit auf 7 wird somit {C12.i. C1.i C22, T1. t2. T12. T22} für zwei Zwischenkühler.
  • Erwägungen bezüglich des Designs der Ausdehnungskammern
  • Kammerform 'Becher', 'Bechertuning', 'Öffnungstuning', 'Verdichtung' & 'Ventrikel':
  • Auf 59 wird gezeigt wie die Rotorausdehnungskammern im Querschnitt aussehen. Wie bereits beschrieben haben diese die Form einer altmodischen Retorte mit einem verdünnten Halsabschnitt 5910 an einem kolbenförmigen Körper 5912. Des Zweck des Halses 5910 besteht in der Beschleunigung des Gasaustritts und somit der Erzeugung von maximalen Impulsstufen auf den Rotor 210. Die Form des kolbenförmigen Körpers 5912 dient dazu, den Wärmeverlust durch die Zurverfügungstellung des maximal möglichen Volumens für eine gegebene Oberfläche auf einem Minimum zu halten.
  • Der Energieübertragungsmechanismus ist 'Gasvektorierung', wenn Gas/Flüssigkeit von der Stator- auf die Rotorkammer übergeht. Es ist eine Newton-Reaktion, wenn Gas/Flüssigkeit von Rotor zu Stator übergeht.
  • Auf 59 ist ersichtlich, dass die in eine Kammer einströmenden Gase bei Aufnahme der Flüssigkeit im kolbenförmigen Hohlraum 5912 rotieren. Dies bedeutet, dass ein Teil der Gasenergie in der Gasrotation verbleibt. Diese verbleibende Energie kann dann als zusätzliche Impulskraft durch die Miteinbeziehung von Vorrichtungen 6010, die als Becher bezeichnet werden, an der auf das Gas gerichteten Kante der Kammer, übertragen werden. Siehe 60. Die Becher 6010 unterbrechen den Gasstrom und entziehen somit den Großteil der Geschwindigkeitsenergie des auftreffenden Gases. Ihr Design ähnelt dem der Hälfte einer Pfeilspitze. Jeder Becher hat einen tassenförmigen Abschnitt, der einströmendes Gas, das auf ihn auftrifft, hindert, sowie einen ansteigenden Abschnitt, durch den Gas ohne große Behinderung entweichen kann.
  • Die Folge der Entziehung dieser Geschwindigkeitsenergie ist die, dass, wenn die nächste Kammer eine Abgabekammer ist, die Ausgangsgeschwindigkeit reduziert wird. Dies wiederum bedeutet, dass nachfolgende kinetische Energie reduziert wird, dass die Impulskraft und das Gas über einen längeren Zeitraum zugeführt werden. Daher können die Becher 6010 besonders in den frühen Stufen der Kadenzrekursivausdehnung eingesetzt werden, um die austretenden Gasgeschwindigkeiten zu verlangsamen und der 'Aussatz'zeit, der diese frühen Kammern ausgesetzt sind, anzupassen. Diese wird als 'Bechertuning' bezeichnet.
  • Zudem können die Öffnungszeiten durch die Verwendung von unterschiedlichen Öffnungsbreiten (besonders durch Breitenreduktion) bei den früheren Kammern in der Ausdehnungsfolge und erhebliche breiteren Öffnungen für die letzteren, größeren Kammern, auf die Gasgeschwindigkeiten angepasst werden. Daher füllt oder entleert das Gas eine Kammer während der gesamten 'Aussatz'perinde. Die Objektive ist somit die, dass bis zu einer maximalen Motorgeschwindigkeit immer noch komplette Füllung und Entleerung der Kammern erfolgt.
  • Der allgemneine Effekt zwischen Bechertuning und Öffnungstuning ist eine Vergrößerung des Motorleistungsbereichs. Bei niedrigeren Motorgeschwindigkeiten und niedrigeren Leistungsstufen sind die Gasgeschwindigkeiten allgemein niedriger. Der Offnungstuningeffekt herrscht vor, da die Becher eine weniger wichtige Rolle spielen. Bei höheren Motorgeschwindigkeiten und Leistungsstufen sind die Gasenergie und somit die Geschwindigkeiten höher. Unter diesen Bedingungen unterbrechen die Becher 6010 die Gasströmungen mehr und reduzierend dementsprechend die Geschwindigkeiten. Die Komponenten dieses Vorgangs sind aus 7 zu sehen.
  • Infolge der Retortenform und der Tatsache, dass die Kammern 232 eng beisammen sein müssen, besonders im Rotor, liegt der Hals 5910 normalerweise zu einer Seite des Kammerkörpers. Beim Rotor 210 führt die Kammerverdichtung in Verbindung mit der Rotorrundung dazu, dass die Kammern mit den mittleren Nummern von der Idealform abweichen und im Querschnitt ein 'S'-Format aufweisen. Hinzu kommt, dass der Rotor 210 Luftkühlungskammern 236 oder 'Ventrikel' aufweist, die unter und um die Rotorkammern positioniert sind. Siehe 7).
  • Kammerausmaße
  • Wie bereits beschrieben, sind die breiten der Kammeröffnungen bei den ersten Kammern kleiner. Hierbei werden die Mutter(verbrennungs)- und Primärkammern ausgeschlossen, das sie proportional größer sind. Für konstante Gasgeschwindigkeiten sollten die Öffnungsbreiten proportional zum Kammervolumen sein. Praktische Designerwägungen bedeuten jedoch, dass von diesem Ideal normalerweise abgewichen werden muss.
  • Computermodelle des Ausdehnungsprozesses zeigen, dass die Primärkammer 234 bei einem Otto-artigen Zyklus nicht nur ca. 30% der Mutterverbrennungskammer 316 betragen sollte, sondern auch, dass die nachfolgenden Stator- und Rotorkammern Volumen aufweisen sollten, die exponential zunehmen. Die erste Ausdehnungskammer 232 nach der Primärkammer 234 sollte zwischen 2% und 5% der Verbrennungskammer 316 sein. Zudem sollten die Kammerlängen, zwecks Maximierung der Leistungsausgabe, normalerweise auf ein festes Verhältnis von Länge zu Volumen eines beliebigen Kammervolumens vorgeschrieben sein.
  • Die Länge einer Kammer, für eine beliebige Kammerform, bestimmt, wie viel Energie durch das Gas in der Kammer verloren geht. Das Verhältnis von Länge zu Kammervolumen und somit der Durchmesser sollte konstant bleiben. Dies bedeutet, dass die Kammerlänge mit dem Volumen zunehmen sollte. Dies wird als 'Adaption der Kammerlänge' bezeichnet. Dies fügt den Rotor-/Statordesigns eine weitere Komplikation hinzu und kompliziert somit die Herstellung. Es bedeutet zudem, dass die kleineren Kammern mehr des Rotor-/Statorumfang aufnehmen, weil die Kammerdurchmesser größer sind, als wenn eine konstante Länge, wie sie durch die Verbrennungskammer 316 bestimmt wird, verwendet worden wäre. Die Inkorporation der Längenadaption ist daher nicht ganz so einfach. Sie wird beim auf 7 gezeigten Design aus den oben. angegebenen Gründen nicht mit einbezogen.
  • Detailliertere Abbildungen sind 58a bis 58f bei denen ein konzentrisech horizontal entgegengesetztes Format mit zwei Sätzen an Stator- und Rotorkammern und die Mutterkammern in den Statoren gezeigt werden. Der Stator hat eine Dehnbackenkonfiguration. Sowohl Rotor- als auch Statoreinheiten haben Auspuffe. Diese Art von Design liefert zwei Expansionshubentsprechungen pro Mutterkammer im Vergleich zu einem Hub per zwei Umdrehungen bei einem Einzylinderviertakthubkolbenmotor. Dies bedeutete, dass Design theoretisch eine Kraftausgabeleistung von 4n hat, wobei n das Geschwindigkeitsverhältnis bei maximaler Drehung zwischen demRotationsdesign und dem Hubkolbendesign.
  • Die Dehnbackenkonfiguration liefert ein einfaches Transferkammerarrangement. Auf den 58a bis 58f kann der Expansionshub in Operation gesehen werden. Auf 58a wird die Brennstoff-Gasmischung in die Mutterkammer übertragen, was der Induktion entspricht: Auf 58b wird die gezündet. Auf 58c treten die ersten Kammern in Operation; der Expansionshub beginnt. Auf 58d entlüftet die erste Rotorkammer. Die ist eine Leistungsentlüftung. Auf 58e entlüftet die erste Statorkammer. Dies wiederum eine Leistungsentlüftung. Auf 58f sind sowohl Rotor- als auch Statorentlüftung gekoppelt und der Zyklus kann jetzt wiederholt werden.
  • Drosselung der Verbrennungskammer
  • Wenn eine Motorausführung der Erfindung nicht die maximale Leistung erbringen muss, die von der Verbrennungseinheit theoretisch geliefert werden kann, dann ihre Leistungskraft durch sogenannte Drosselung der Verbrennungskammer verbessert werden. Dies wird durch einsetzen einer Buchse in die Verbrennungskammer 316 im Statorgussstück 320 erzielt. Die Buchse hat allgemein C-Form und eine Außenfläche mit allgemein dem selben Querschnitt wie der der Verbrennungskammer 316. Die Buchse hat, wo erforderlich, Löcher, wo Zündkerzen und/oder Injektoren oder andere Einrichtungen in die Kammer eindringen kennen.
  • Die Wirkung der Buchse besteht in der Reduktion des Volumens der Verbrennungskammer, wobei jedoch deren Konstruktion und Funktion anderweitig unverändert bleibt. Hierdurch entsteht ein erheblich und direkter Austausch von Verlust der maximalen Leistung und Zunahme in der Brennstoffeffizienz.
  • Strömungsdrosselung im Kompressor
  • Wie bereits erörtert, ermöglichen einige Ausführungen, dass einige Teile des Kompressors selektiv geschlossen werden. Ein besonderer Vorteil hierdurch ist die Verhinderung eines sprunghaften Luftstroms in den Kompressor.
  • Es ist bekannt, dass ein Zentrifugalkompressor typisch eine Druckleistung hat, die bis zu einem maximalen Druckwert auf ihre Spitze ansteigt, wenn sich die Rotorgeschwindigkeit erhöht, wonach der Druck bei weiterer Zunahme der Rotorgeschwindigkeit abfällt. Hinzu kommt, dass bei niedriger Geschwindigkeit, der Kompressor eine zyklisch unterschiedliche Last auf die Eingabewelle liefern kann, was zu einer zyklischen Variation der Geschwindigkeit der Eingabewelle führen kann; ein Phänomen das als 'Stoss' bezeichnet werden kann. Es wurde festgestellt, das die Variation im Druck und das eintreten von Stößen durch Regelung des Luftstroms durch die verschiedenen Kompressorstufen auf einem Minimum gehalten werden kann. Das Ziel bei dieser Art von Luftregelung besteht allgemein darin, zu gewährleisten, dass jede Stufe eines Mehrstufenkompressors oder jeder Teil eines Mehrstufenkompressors eine so stetig wie mögliche Leistung liefert und so effizient wie möglich operiert.
  • Auf 61 ist eine diagrammatische Darstellung der oben beschriebenen Ausführung zu sehen, bei der die Modifikationen, die auf den 1a, 3a, 3b und 4 gezeigt werden, inkorporiert sind. Der Einlass 100 hat Luftreglerklappen 1110, wie auf den 3a, 3b und 4 zu sehen ist. Diese können als Einlassventile IVI, IV2 für Segmente des ersten Kompressorrotors 124 gesehen werden. Bei niedrigen Geschwindigkeiten sind alle Klappen 1110 geschlossen und die Lust kann somit durch den Abschnitt des Rings 1112, der keine Klappen hat, in den Rotor fließen. Somit wird eine geringe Luftmenge durch einen kleinen Abschnitt des Rotors 124 effizient gehandhabt. Bei zunehmender Geschwindigkeit werden weitere Klappen 1110 geöffnet (wodurch sich effektiv weitere Ventile öffnen), bis der ganze Rotur in Operation ist. In ähnlicher Weise wird die Leistung vom zweiten Rotor bei niedrigen Geschwindigkeiten von lediglich einem Teil des Ausströmraums gonommen, wobei die Ausgabeventile OV1, OV2 und OV3 geschlossen sind. Bei zunehmender Geschwindigkeit werden diese Ventile nach und nach geöffnet und erhöhen somit den Umfang, in dem der zweite Rotor 126 eingesetzt wird.
  • Eine alternative Anordnung ist auf 62 zu sehen. Hier sind drei ähnliche Einzel- oder Mehrstufenkompressoren C1.1, C1.2, C1.3 parallel miteinander verbunden. Die Ausgabe von zwei dieser Kompressoren wird durch ein Ventil V1, V2 kontrolliert, das selektiv einen Luftstrom vom Kompressor zulässt oder verhindert. Bei niedrigen Geschwindigkeiten und niedrigen Luftvolumen sind beide Ventile V1, V2 geschlossen und der Luftstrom wird von lediglich einem der Kompressoren C1 gehandhabt. Mit zunehmendem Luftstrom werden die Ventile V1 und V2 nacheinander geöffnet, wobei der Luftstrom zwischen der Kompressoren C1, C2, C3 geteilt wird.
  • Beide dieser Anordnung können, abgesehen von anderen Möglichkeiten, so eingerichtet werden, dass der Luftstrom durch jeden Kompressor oder durch jeden Rotorabschnitt so optimal wie möglich ist.
  • Mathematische Designgleichungen
  • Die Kadenzrekursivausdehnung befolgt einen schrittweisen, adiabatischen Differenzialprozess. Dieser wird durch folgende Gleichung definiert:
    Figure 00320001
    wobei:
    V = Statorvolumen
    R = Rotorvolumen
    γ = Verhältnis spezifischer Wärmen
    m = Schrittzählung
    n = Statorkammernummer
  • Thermodynamischer Zyklus:
  • Der thermodynamische Zyklus wird auf den PV-Diagrammen in der graphischen Darstellung 1 für den Otto-ähnlichen Zyklus und der graphischen Darstellung 2 für den Diesel-ähnlichen Zyklus dargestellt. Die Unterschiede bei den neuen Zyklen bestehen im 'kadenzrekursiven' Ausdehnungsprozess am 'heissen Ende'.
  • Kadenzrekursives Ausdehnungsdrucksprofil:
  • Auf Tabelle 1 ist ein typisches Ausdehnungsdruckprofil abgebildet, wobei die dazugehörigen graphischen Darstellungen für Rotor- und Statorkomponenten auf den graphischen Darstellungen 3a und 3b zu sehen sind.
  • Die Kammeroptimierungsgleichung ist:
  • Für eine 'retortenförmige' Kammer wird die Ausgabeleistung durch folgende Formel definiert:
    Figure 00320002
    Wobei:
    K = Proportionalitätskonstante
    L = Kammerlänge
    A(γ/γ–1) = adiabatische Oberfläche der Kammer
  • Hierdurch ergibt sich die auf der graphischen Darstellung 4 gezeigte Kurve.
  • Die Gleichung für das Design der Retortendüse ist:
    Figure 00330001
    Wobei:
    V = Gas- oder Flüssigkeitsgeschwindigkeit
    P = wirkender Differentialdruck
    A1 = Fläche am Düseneingang
    A2 = Fläche am Düsenausgang
    p = Dichte von Gas oder Flüssigkeit Motorleistungsgleichungen:
    Figure 00330002
    Wobei:
    I = Impuls, der auf eine einzelne Kammer wirkt = Einfallswinkel des wirkenden Gases oder der Flüssigkeit
    V = Volumen des übertragenen Gases oder Flüssigkeit (Kammervolumen)
    P = Differentialdruck zu Beginn des Transfers von Gas/Flüssigkeit
    K = Verhältnis von Düseneingang zu Düsenausgang
    D = Dichte von Gas/Flüssigkeit
    d = Verlangsamungsstrecke, die von Gas oder Flüssigkeit zurückgelegt wird
    A = Fläche des Düseneingangs
    Und
    Figure 00330003
    It = Gesamtimpuls pro Sekunde
    S = Zahl der Expansionshube pro Umdrehung
    rps = Umdrehungen pro Sekunden
    n = Zahl der Kammerinteraktionen (gewöhnlich n1, n2, wobei n1 die Zahl der Rotorkammern und n2 die Zahl der Statorkammern ist).
  • Ungleiche Kompressions- und Expansionsverhältnisse:
  • Im Gegensatz zu einem normalen Hubkolbenmotor können das Kompressionsverhältnis und die Expansionsverhältnisse dieses Motors verschieden sein, das Kompression und Expansion unabhängig und nicht im gleichen Zylinder stattfinden, wie dies bei einem Hubkolbenmotor der Fall ist. Dies bedeutet, dass eine höhere Kompressionsrate nicht nur größere Leistung für den Motor bedeutet, sondern dies auch bei größerer Expansion der Fall ist. Wenn die Kompressions- und Expansionsraten aufeinander abgestimmt sind, dann wird der Motor als mit 'Einheitsverhältnis' bezeichnet. Wenn das Expansionsverhältnis größer als das Kompressionsverhältnis ist, das hat der Motor ein sog. 'Uberverhältnis', ist die kleiner, dann er hat er 'Unterverhältnis'.
  • Die normalen Einschränkungen der Vorzündung treffen auf das Kompressionsverhältnis zu. Es besteht keine theoretische Grenze für das Expansionsverhältnis, mit der Ausnahme der, die durch die praktische Motorgröße auferlegt wird, und ob die Abgase für verschiedene Formen von Vor-, Nach- oder unterstützte Turboladung verwendet werden sollen. Wird Turboladung gewünscht, dann hat der Motor entweder ein Einheitsverhältnis oder eine geringfügiges Uberverhältnis (z. B. 1.2 zu 2.0) WR = ER/CRWobei:
    WR = Arbeitsverhältnis oder 'Verhältnis'
    ER = Expansionsverhältnis
    CR = Kompressionsverhältnis
  • Designvorschriften für einen effizienten Motor:
    • 1. Das Kompressionsverhältnis soll so groß wie möglich sein. Die Grenze besteht vor dem Eintritt der Vorzündung bei einem Otto-ähnlichen Zyklus. (Otto-ähnlich typisch 9 : 1 bis 12 : 1; Diesel-ähnlich 22 : 1 bis 35 : 1).
    • 2. Das Expansionsverhältnis soll so hoch wie möglich sein, entsprechend der Motorengröße und Auspuffbelastung der Turbounterstützung I. Dies wird relativ zum Kompressionsverhältnis ausgedrückt und wird als Arbeitsverhältnis bezeichnet (typischer Verhältnisbereich ist 1.2 bis 2.0).
    • 3. Die Motorbetriebstemperaturen sollten entsprechend der Materialstärken so hoch wie möglich sein (typisch 220°C bis 400°C).
    • 4. Die Zündungs- oder Mutterkammer und andere Kammern sollten Retortenform mit hohen Düsenverhältnissen entsprechend auf die Motorrotationsgeschwindigkeit angepassten Gasgeschwindigkeiten haben (typischer Bereich 2.0_1 bis 4 .0 : 1).
    • 5. Die Zündungs(mutter)kammer und andere Kammern weisen Längen auf, die so groß wie möglich sind, entsprechend des Wärmeverlustes (typisch 10 cm für ein Kammervolumen von 100 ml).
    • 6. Die erste Rotor(Tochter)kammer sollte größer als die unmittelbar nachfolgenden Kammern sein (typisch 15% bis 35% des Mutterkammervolumens bei einen Otto-ähnlichen Zyklus und 5% bis 10% bei einem Diesel-ähnlichen Zyklus).
    • 7. Die Gesamtzahl der Kammern soll so groß wie möglich sein, um den Effekt 'n2' entsprechend der Motorengröße zu maximieren und den Wärmeverlust auf einem Minimum zu halten (typische Gesamtzahl ist 20 bis 40).
    • 8. Die Flammenlängen für die ersten Kammern des Rotors und Stators sollten so kurz, wie dies praktisch möglich ist, sein. (die Tiefe bei den Tochterkammer ist typisch 40% der der Mutterkammern bei einem Otto-ähnlichen und 20% bei einem Diesel-ähnlichen Zyklus).
    • 9. Die Kammern in Rotor und Stator sollen, ausgenommen der Tochterkammer, sollen im Volumen'exponential' zunehmen. (Anfangsvolumen sind typisch 2% bis 5% der Mutterkammervolumen).
    • 10. Kammer'öffnungsbreiten' sollen (proportional) zu Kammervolumen (unter konstanten Gasgeschwindigkeitsbedingungen) zunehmen.
    • 11. Ausdehnungskammern sollen 'Becher' an dem Gas zugewandten Flächen haben, besonders bei der 'ersten' Kammern und Rotorkammern.
    • 12. Motorumdrehungen sollen so hoch wie möglich sein, um den Flammengeschwindigkeiten entsprechend der Zugfestigkeit des Rotormaterials zu entsprechen (maximale U/Min. liegt zwischen 20.000 und 50.000).
    • 13. Der Einfallswinkel der Kammerdüsen sollte so nahe bei Null wie möglich liegen (typischer Bereich 10 bis 20 Grad).
    • 14. Die Abstandsausmaße zwischen Stator und Rotor sollten so klein wie möglich sein, wie dies entsprechend Motorschmierung und Stabilität möglich ist (typisch ,005 bis ,03 mm).
  • Leistungstabelle:
  • Eine typische Leistungstablette ist auf Tabelle 2 zusehen. Diese Tabelle bezieht sich eine Otto-artige Motorkonfiguration auf 1 & 7 im Hauptkörper dieser Applikation. Die Motorausgabeturbine hat eine Kapazität von 1,2 Liter bei einem Einzehnodulkern. Allgemein wurden alle oben genannten Designvorschriften auf diesen Motor angewandt.
  • Spezifische von Punkte von Interesse sind:
    • 1. Die hohe Rotationsgeschwindigkeit des Motors von 30.000 U/Min. (Vorschrift 12).
    • 2. Die hohe spezifische Wellenmaximalleistung von 0,1 Megawatt (1340 BHP). Diese verdoppelt sich für ein Zweikernmodul mit einer Kapazität von 2,4 Litern.
    • 3. Die totale, mögliche Motorleistung von 1,4 Megawatt bei angelegter Turbounterstützung. Diese verdoppelt sich füZweikernmodul r ein mit einer Kapazität von 2,4 Litern.
    • 4. Die mechanische Designleistungsverbesserung von fast 34% (Vorschrift 13).
    • 5. Das Kompressionsverhältnis (ohne Turboladung) von 9.12 : 1 (Vorschrift 1).
    • 6. Das Expansionsverhältnis von 12 : 1 bei einem 'Überverhältnis' von 1.32 (Vorschrift 2).
    • 7. Das hohe Verhältnis von Leistung zu Gewicht von 47,8 KW pro kg (29 BHP pro lb.)
    • 8. Die Betriebstemperatur von 200°C (Vorschrift 3).
    • 9. Die Aufnahme- und Kippraten von jeweils 2.000 und 5.000 U/Min.
    • 10. Die Zahl der Kammern, einschließlich Leistungsauspuff, beträgt 28 (Vorschrift 6).
  • Tabelle 1)
    Figure 00370001
  • Tabelle 2
    Figure 00380001
  • Graphische Darstellung 1 PV-Diagramm für Otto-ähnlichen Zyklus
    Figure 00390001
  • Graphische Darstellung 2 PV-Diagramm für Diesel-ähnlichen Zyklus
    Figure 00390002
  • Graphische Darstellung 3a Rotordruckprofil
    Figure 00400001
  • Graphische Darstellung 3b Statordruckprofil
    Figure 00400002
  • Graphische Darstellung 4 Verhältnis von Länge zum Bereich i. Vgl. zur Länge einer retortenförmigen Kammer
    Figure 00410001

Claims (44)

  1. Eine Maschine, einschließlich einer Verbrennungskonstruktion (116) bestehend aus einem Rotor (210, 1910, 2112) und einem Stator (310, 1912, 2114), in der eine Verbrennungskammer (316) im Stator (310, 1912, 2114) definiert ist, und eine Flüssigkeitsaufnahmekammer (234) im Rotor (210, 1910, 2112) definiert ist, wobei aus der Verbrennungskammer (316) Verbrennungsgas in die Aufnahmekammer (234) expandieren kann, wodurch Bewegungsenergie vom Verbrennungsgas auf den Rotor (210, 1910, 2112) übertragen wird, wobei der Rotor (210, 1910, 2112) eine Vielzahl von Ausdehnungskammern (232) schrittweise ansteigenden Volumens hat, in die das Gas expandieren kann, und der Stator (310, 1912, 2114) eine Vielzahl von Statorausdehnungskammern (332) schrittweise ansteigenden Volumens hat, in die das Gas aus den Kammern (234, 232) des Rotors (210, 1910, 2112) expandieren kann.
  2. Eine Maschine gemäß Anspruch 1, in der die Aufnahmekammer (234) ein Volumen hat, das größer als das mehrerer der Rotorausdehnungskammern (232) ist.
  3. Eine Maschine gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der der Rotor (210, 1910, 2112) eine Transferkammer (230) hat, durch die Verbrennungsgas während eines Teils der Drehung des Rotors (210, 1910, 21 12) in die Verbrennungskammer (316) strömen kann.
  4. Eine Maschine gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, in der ein Funkenzündgerät zusammen mit der Verbrennungskammer (316) vorhanden ist, um eine Ladung verbrennbarer Flüssigkeit zu entzünden, die in die Kammer (316) geströmt ist.
  5. Eine Maschine gemäß Anspruch 4, bei der das Zündgerät eine Zündkerze hat.
  6. Eine Maschine gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, bei der der Rotor (210, 1910, 2112) oder der Stator (310, 1912, 2114) oder. beide aus einem Material gefertigt ist, das selbstschmierende Eigenschaften hat.
  7. Eine Maschine gemäß Anspruch 6, bei der entweder der Rotor (210, 1910, 2112) oder der Stator (310, 1912, 2114) aus rundlichem Graphiteisen besteht.
  8. Eine Maschine gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, die einen Ölnebelinjektor hat, der in einen Raum zwischen dem Rotor (210, 1910, 2112) und dem Stator (310, 1912, 2114) einen Ölnebel injiziert.
  9. Eine Maschine gemäß Anspruch 8, bei der der Ölnebel in einer Position im Vorlauf der Verbrennungskammer injiziert wird.
  10. Eine Maschine gemäß jedem der vorhergen Ansprüche, die eine Schmierbürste (1610) besitzt, die zwischen dem Stator (310, 1912, 2114) und dem Rotor (210, 1910, 2112) Schmiermittel hinzafügt.
  11. Eine Maschine gemäß Anspruch 10; Bei der das Schmiermittel Graphit ist.
  12. Eine Maschine gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, bei der der Rotor (210, 1910, 2112) eine Scheibe ist und Kammern hat (234, 232), die sich zur Peripherie der Scheibe öffnen.
  13. Eine Maschine gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, bei der der Rotor (210, 1910, 2112) aus einer Rotoreinheit (210, 1910, 2112) besteht, zu der auch ein Rotorgussstück (220) gehört.
  14. Eine Maschine wie in Anspruch 12, bei der das Rotorgussstück (220) wie eine Scheibe geformt ist und periphere Öffnungen zu dahinter liegenden Hohlräumen besitzt.
  15. Eine Maschine wie in Anspruch 14, bei der die Rotoreinheit (210, 1910, 2112) außerdem Endplatten (222) besitzt, die am Rotorgussstück (220) gesichert sind, um diese Öffnungen axial zu schließen.
  16. Eine Maschine gemäß jedem Anspruch nach 13 bis 15 einschließlich mehrerer Rotorgussstücke (220), die zwischen Endplatten montiert sind, um eine Verbrennungseinheit größerer Verbrennungskapazität zu bilden.
  17. Eine Maschine gemäß Anspruch 16, bei der ein Abstandsstück zwischen nebeneinander liegenden Gussstücken (220) angebracht ist, um zur Wärmeableitung von der Verbrennungseinheit beizutragen, insbesondere von den Rotorgussstücken (220).
  18. Eine Maschine gemäß Anspruch 17, bei der das Abstandsstück einen Durchlaß hat, der auf die Leitung der Kühlungsflüssigkeit der Rotorgussstücke (220) ausgerichtet ist.
  19. Eine Maschine gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, bei der der Stator (310, 1912, 2114) aus einer Statoreinheit (310, 1912, 2114) besteht, die ein Statorgussstück (320) hat.
  20. Eine Maschine gemäß Anspruch 19, bei der das Statorgussstück (320) eine Form hat, die teilweise die Rotoreinheit (210, 1910, 2112) umgibt, die Öffnungen in dahinter liegende Hohlräume hat.
  21. Eine Maschine gemäß Anspruch 20, bei der die Statoreinheit (310, 1912, 2114) zusätzlich Endplatten (322) umfaßt, die am Gussstück des Stators (320) gesichert sind und diese Öffnungen axial schließen.
  22. Eine Maschine gemäß Anspruch 21, bei der mehrere Statorgussstücke (320) zusammen Endplatten (322) montiert sein können, um eine Verbrennungskammer größerer Kapazität zu bieten.
  23. Eine Maschine gemäß Anspruch 22, bei der ein Abstandsstück zwischen nebeneinander liegenden Statorgussstücken (320) angebracht ist, um zur Wärmeableitung von der Verbrennungseinheit beizutragen, insbesondere von den Statorgussstücken (320).
  24. Eine Maschine gemäß Anspruch 23, bei der das Abstandsstück Löcher hat, um die Verbrennungskammern der verschiedenen Statorgussstücke (320) in axialer Richtung zu verbinden.
  25. Eine Maschine gemäß jedem der vorherigen Ansprüche mit einem Abstandsreglersystem zur Steuerung der Trennung des Rotors (210, 1910, 2112) vom Stator (310, 1912, 2114) während des Betriebs der Maschine.
  26. Eine Maschine gemäß Anspruch 25, bei der das Abstandsreglersystem den Stator (310, 1912, 2114) radial vom Rotor (210, 1910, 2112) bewegt.
  27. Eine Maschine gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der Rotor (210, 1910, 2112) als Stumpf geformt ist, der Kammern hat, die sich zu Stumpfperipherie öffnen.
  28. Eine Maschine gemäß Anspruch 27, bei der der Stator (310, 1912, 2114) den Rotor (210, 1910, 2112) teilweise umgibt.
  29. Eine Maschine gemäß Anspruch 27 oder 28 mit einem Abstandsreglersystem. zur Steuerung der Trennung von Rotor (210, 1910, 2112) und Stator (310, 1912, 2114) während des Betriebs der Maschine.
  30. Eine Maschine gemäß Anspruch 29, bei der das Abstandsreglersystem den Stator (310, 1912, 2114) axial vom Rotor (210, 1910, 2112) bewegt.
  31. Eine Maschine gemäß jedem der Ansprüche 25, 26, 29 oder 30, bei der das Abstandsreglersystem einen kontaktlosen Sensor (S) besitzt.
  32. Eine Maschine gemäß Anspruch 31, bei der der Sensor (S) durch Kapazitätserfassung, induktives Erfassen oder eine Kombination von kapazitiver und induktiver Erfassung funktioniert.
  33. Eine Maschine gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der Rotor (210, 1910, 2112) und der Stator (310, 1912, 2114) beide wie eine Scheibe geformt sind und die Verbrennungskammer (316) zwischen den flachen Flächen des Rotors (210, 1910, 2112) und des Stators (310, 1912, 2114) definiert ist.
  34. Eine Maschine gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, die zusätzlich einen Kompressor (110) besitzt, um Verbrennungsluft an die Verbrennungseinheit (316) zu liefern.
  35. Eine Maschine gemäß Anspruch 34, bei der der Kompressor (110) vom Rotor (210, 1910, 2112) angetrieben wird.
  36. Eine Maschine gemäß Anspruch 35, bei der der Kompressor (110) und der Rotor (210, 1910, 2112) auf einer gemeinsamen Welle (122) oder miteirander verbundenen koaxialen Wellen sitzen.
  37. Eine Maschine gemäß jedem der Ansprüche 34 bis 36, bei der in einer Konfiguration mit einer Zündung der Kompressor (110) Verbrennungsluft mit einem Druck von 4 bis 7 bar liefert, und in einer Kompressionszündungskonfiguration der Kompressor (110) Verbrennungsluft mit einem Druck von 9 bis 15 bar liefert.
  38. Eine Maschine gemäß jedem der Ansprüche 34 bis 37, bei der ein Zwischenkühler (112) zwischen dem Kompressor (110) und der Verbrennungseinheit (116) angebracht ist, um der Verbrennungsluft Wärme zu entziehen.
  39. Eine Maschine gemäß Anspruch 33, bei der in einer Zündungskonfiguration der Kompressor (110) Verbrennungsluft mit einem Druck von 6 bis 12 bar liefert und in einer Kompressionszündungskonfiguration der Kompressor (110) Verbrennungsluft mit einem Druck von 20 bis 30 bar liefert.
  40. Eine Maschine gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in einen Verbrennungsluftstrom außerhalb der Verbrennungseinheit (116) Brennstoff injiziert wird.
  41. Eine Maschine gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Brennstoff in eine Kammer innerhalb der Verbrennungseinheit (116) injiziert wird.
  42. Eine Maschine gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Wasser zusammen mit Luft und Brennstoff in die Verbrennungskammer (316) eingeführt wird.
  43. Eine Maschine gemäß Anspruch 42, bei der während der Verbrennung das Wasser verdampft und in die Aufnahmekammer (234) expandiert und zumindest einen Teil seiner Bewegungsenergie auf den Rotor (210, 1910, 2112) überträgt.
  44. Eine Maschine gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Stator (310, 1912, 2114) und/oder der Rotor (210, 1910, 2112) ein Gussstück zwischen Endplatten einschließt.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0218849D0 (en) * 2002-08-14 2002-09-25 Rolls Royce Plc Lubrication system for gas turbine engine
US7695275B2 (en) * 2004-06-02 2010-04-13 Fuel Management, Inc. Air:fluid distribution system and method
FR2871850B1 (fr) * 2004-06-18 2006-08-04 Claude Louis Adam Moteur torique de revolution : refroidissement du moteur ; heliogyres : additifs
US7370836B2 (en) * 2005-08-09 2008-05-13 Greene Leonard M Missile defense system and methods for evading heat seeking missiles
US7533530B2 (en) * 2007-01-19 2009-05-19 Courtright Geoffrey B Engine for the efficient production of an energized fluid
DE102008019182A1 (de) * 2008-04-17 2009-10-22 Voith Patent Gmbh Elektromechanischer Antrieb zur Betätigung von Ventilen
US8156919B2 (en) * 2008-12-23 2012-04-17 Darrow David S Rotary vane engines with movable rotors, and engine systems comprising same
EP2428642A1 (de) * 2010-09-08 2012-03-14 Siemens Aktiengesellschaft Rotor für eine Dampfturbine mit zur Rotorachse geneigten Umfangsausnehmungen
FR2971297A1 (fr) * 2010-11-08 2012-08-10 Claude Louis Adam Moteur rotatif mixte
US8328591B2 (en) * 2010-12-15 2012-12-11 General Electric Company System, method, and article of manufacture for cooling and filtering engine intake air
US10519858B2 (en) * 2016-07-22 2019-12-31 Brent Wei-Teh LEE Engine, rotary device, power generator, power generation system, and methods of making and using the same
CN108104977A (zh) * 2017-10-09 2018-06-01 李钢坤 一种涡喷式无冲程旋转发动机
US10976052B2 (en) * 2017-10-25 2021-04-13 General Electric Company Volute trapped vortex combustor assembly

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1546049A (en) * 1925-07-14 Reentrant turbine
FR9155E (fr) * 1907-04-16 1908-09-07 Armand Le Compagnon Turbine à air et à pétrole
FR376792A (fr) 1907-04-16 1907-08-20 Armand Le Compagnon Turbine à air et à pétrole
US1076733A (en) * 1912-02-23 1913-10-28 Universal Turbine Company Turbine.
US1582174A (en) * 1924-07-21 1926-04-27 John L Smith Turbine
FR801662A (fr) * 1935-12-19 1936-08-12 Turbine à explosion ou combustion à action tangentielle
FR977740A (fr) * 1942-10-28 1951-04-04 Groupe compresseur turbo-moteur à gaz explosifs
US2444213A (en) * 1944-10-17 1948-06-29 Harvey B Weeks Rotary turbine
FR1192930A (fr) * 1957-04-15 1959-10-29 Turbine à explosion perfectionnée
US3397864A (en) * 1967-02-27 1968-08-20 Verner E. Sprouse Multi-stage rotary engine
DE1601582A1 (de) * 1967-05-23 1970-01-29 Walter Konath Turbo-Walzenblock-Motor
US5966927A (en) * 1997-03-31 1999-10-19 Wilson; Michael A. Efficiency enhanced turbine engine

Also Published As

Publication number Publication date
EP1131548A2 (de) 2001-09-12
WO2000031394A3 (en) 2001-03-01
ATE247770T1 (de) 2003-09-15
AU1281700A (en) 2000-06-13
JP2002530586A (ja) 2002-09-17
DE69910607D1 (de) 2003-09-25
JP4478824B2 (ja) 2010-06-09
EP1131548B1 (de) 2003-08-20
WO2000031394A2 (en) 2000-06-02
GB9825504D0 (en) 1999-01-13
CA2350918A1 (en) 2000-06-02
US6584759B1 (en) 2003-07-01
CA2350918C (en) 2008-01-22

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