WO1990015225A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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WO1990015225A1
WO1990015225A1 PCT/DE1990/000428 DE9000428W WO9015225A1 WO 1990015225 A1 WO1990015225 A1 WO 1990015225A1 DE 9000428 W DE9000428 W DE 9000428W WO 9015225 A1 WO9015225 A1 WO 9015225A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
rotor
engine according
housing
Prior art date
Application number
PCT/DE1990/000428
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ewald-Wilhelm Simmerlein-Erlbacher
Original Assignee
Simmerlein Erlbacher E W
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Simmerlein Erlbacher E W filed Critical Simmerlein Erlbacher E W
Publication of WO1990015225A1 publication Critical patent/WO1990015225A1/de

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Classifications

    • 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
    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/026—Impact turbines with buckets, i.e. impulse turbines, e.g. Pelton turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/34—Ultra-small engines, e.g. for driving models
    • 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
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • 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
    • F02C5/02—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion characterised by the arrangement of the combustion chamber in the chamber in the plant

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a rotor housing, in the interior of which a rotor is rotatably mounted with a rotor shaft, at least one combustion device being provided on the rotor housing for the combustion of an explosion mixture driving the rotor.
  • Internal combustion engines of this type are known as rotary piston or Wankel engines.
  • the rotor is polygonal and that
  • Rotor housing formed with an inner circumferential surface deviating from a cylindrical shape.
  • the combustion device of such an internal combustion engine has at least one spark plug for igniting the combustion or explosion mixture compressed between the rotor housing and the rotor.
  • a considerable problem of such rotary piston internal combustion engines is the seal between the rotor and the inner surface of the rotor housing.
  • the inner circumferential surface in the rotor housing which deviates from a cylindrical shape, is one of these
  • Rotary piston internal combustion engine can only be produced with a considerable amount of work.
  • the invention has for its object to provide an internal combustion engine of the type mentioned, in which the rotor housing or its inner surface is very easy to manufacture, and in which there are no sealing problems between the rotor housing, ie its inner surface, and the rotor.
  • the rotor housing has a cylindrical inner circumferential surface, that the rotor is designed as an impeller with vane elements that extend at least approximately radially away from the rotor shaft and that each vane element has a concavely indented impact section for the combustion. or explosion mixture, wherein the baffle sections of the wing elements all point in the same direction of rotation, and that the at least one combustion seal is designed as a combustion chamber.
  • a rotor housing with a cylindrical inner surface is very easy to manufacture.
  • the individual vane elements are acted upon by the permanent or pulsed combustion device, it is not necessary to provide a seal between the rotor or vane elements and the inner surface of the rotor housing.
  • the rotor therefore works according to the principle of an impeller known per se.
  • the concavely indented impact section of each vane element achieves an optimal conversion of the kinetic energy of the combustion or explosion mixture that flows out of the combustion chamber into rotational energy of the rotor of the internal combustion engine designed as an impeller.
  • REPLACEMENT LEAF Combustion chamber opens into the interior of the rotor housing in a direction that is at least approximately tangentially aligned with the path circle of the impact sections of the wing elements.
  • the rotor housing is preferably provided with a valve device on the exhaust side.
  • a valve device on the exhaust side.
  • Rotation of the rotor is not affected.
  • the rotary movement of the rotor results solely from the flow admission from the at least one combustion chamber.
  • each vane element preferably has an outflow section which adjoins the impact section and directs the combustion gas into an outflow direction which is at least approximately axially parallel to the rotor shaft.
  • the outflow sections of the individual wing elements are preferably provided at a radial distance from the rotor shaft which corresponds to the radial distance from the rotor shaft of the valve device which defines the pressure in the interior of the rotor housing.
  • each impeller and the associated concave indented impact section are radially at least approximately the same distance from the rotor shaft.
  • the / each combustion chamber preferably has an opening opening into the interior of the rotor housing of the internal combustion engine
  • the / each * nozzle device is preferably aligned at least approximately tangentially to the path circle of the impact section of each wing element. This results in an optimal conversion of the pulse of the combustion or explosion gas impinging on the impact section into rotational energy of the rotor.
  • a number of combustion chambers can be evenly distributed on the circumference of the rotor housing of the internal combustion engine. It has proven to be particularly advantageous if an odd number of combustion chambers are provided in an evenly distributed manner on the circumference of the rotor housing of the internal combustion engine. Due to an odd number of combustion chambers, the ignition sequence of the individual combustion chambers can form a closed ignition sequence system. If, for example, seven combustion chambers are provided on the circumference of the rotor housing, the first, third, fifth, seventh, second, fourth, sixth chamber and then the first combustion chamber can be ignited in succession. If, for example, five combustion chambers are provided evenly distributed on the circumference of the rotor housing, the ignition sequence can be as follows: third, fifth, second, fourth and then again the first combustion chamber.
  • combustion chambers In this case, one combustion chamber is left out of the firing sequence and only ignited at the corresponding later point in time. With seven combustion chambers, it would of course also be possible to omit two combustion chambers and only ignite them systematically at a later time. Regardless of the ignition sequence of the individual combustion chambers, the combustion chambers can be provided with spark plugs for igniting the explosion or combustion mixture. However, it is also possible
  • the internal combustion engine according to the invention can be equipped with a
  • Air cooling it is also possible for the rotor housing of the internal combustion engine and the at least one combustion chamber to be arranged within an outer housing, coolant being provided in the intermediate space between the outer housing and the rotor housing.
  • This coolant can be a coolant.
  • the valve device which defines a certain internal pressure, flows out the exhaust gas with a certain kinetic energy.
  • a turbine rotor of an exhaust gas turbine can be attached to the rotor shaft, an exhaust pipe being provided between the exhaust gas turbine and the rotor housing for supplying the exhaust gas turbine with the exhaust gases of the internal combustion engine.
  • the exhaust pipe can have a nozzle device opening into the exhaust gas turbine.
  • ERSA T ZBLATT Nozzle device can be designed as a Laval nozzle in order to achieve optimal flow conditions of the exhaust gases.
  • this exhaust gas turbine it would also be possible to use this exhaust gas turbine as a supercharger with which the fuel to be burned or burned in the at least one combustion chamber
  • Combustion or explosion mixture to be brought into compression is compressed and introduced into the at least one combustion chamber in the compressed state;
  • a further improvement in the overall efficiency of the internal combustion engine according to the invention is achieved in that a turbine rotor of a coolant turbine is attached to the rotor shaft and that a supply line and a return line of a coolant pipeline are provided between the coolant turbine and the outer housing of the internal combustion engine.
  • an expansion device provided for phase conversion of the coolant is arranged in the feed line of the coolant pipeline.
  • the expansion device for example, converts a liquid coolant into the gaseous state in order to then apply a higher flow rate to the coolant turbine.
  • a nozzle device which opens into the coolant turbine can be provided in the flow line downstream of the expansion device.
  • This nozzle device can also be a Laval nozzle in order to achieve optimal flow conditions of the coolant, which is preferably gaseous, downstream of the expansion device.
  • a pump is preferably provided in the return line of the coolant pipeline. With the help of the pump, the initial state of the coolant is achieved again.
  • the exhaust system downstream is an open system downstream of the valve device which defines a certain pressure in the rotor housing.
  • the rotor shaft is preferably connected to a manual transmission.
  • a propeller can be attached to the rotor shaft.
  • An internal combustion engine of the last-mentioned type is particularly suitable for model aircraft or possibly also for model ships.
  • the rotor housing can have a recoil nozzle on the exhaust side.
  • An internal combustion engine with a propeller attached to the rotor shaft and a recoil nozzle forming the exhaust is provided in particular for model aircraft.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first
  • Figure 2 is a half-sided longitudinal section through the
  • FIG. 3 shows a section along section line III-III in FIG. 2 through one of the wing elements
  • FIG. 4 shows another embodiment of the
  • Internal combustion engine which is particularly intended for model aircraft.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the internal combustion engine 10 with a rotor 12 which is rotatably arranged in a rotor housing 14.
  • the rotor housing 14 is arranged in an outer housing 16.
  • Combustion devices 18 are arranged in the space between the outer housing 16 and the rotor housing 14.
  • Each combustion device 18 has a combustion chamber 20 and a nozzle device 22, which establishes a fluidic connection between the corresponding combustion chamber 20 and the interior 24 of the rotor housing 14.
  • the nozzle devices 22 are designed as Laval nozzles.
  • Combustion devices 18 or their nozzle devices 22 are aligned such that the nozzle devices 22 are at least approximately tangential to the path circle 26 of the FIG
  • REPLACEMENT LEAF Wing elements 28 of the rotor 12 are aligned.
  • the wing elements 28 of the rotor 12 are at least approximately radially away from the rotor shaft 30 of the rotor 12.
  • Each wing element 28 is formed with a concavely indented impact section 32, which is described again in detail below in connection with FIGS. 2 and 3.
  • the rotor housing 14 has a cylindrical inner circumferential surface 34 which is concentric with the rotor shaft 30.
  • a valve device 36 is provided, by means of which a certain pressure is maintained in the interior 24 of the rotor housing 14. This pressure in the interior 24 results from the combustion or explosion of a combustion or
  • Explosion mixture in the respective combustion device 18 or combustion chamber 20 is directed by the associated nozzle device 22 against the corresponding wing element 28 or into its impact section 32 in order to set the rotor 12 in rotation.
  • the ignition sequence in the individual combustion chambers 20 is selected appropriately according to the position of the rotor 12.
  • the valve device 36 on the rotor housing 14 is fluidly connected to a nozzle device 40 by means of an exhaust pipe 38, the nozzle device 40 opening into the housing 42 of an exhaust gas turbine 44.
  • the reference number 46 designates three turbine blades of the exhaust gas turbine 44.
  • the turbine blades 46 are evenly distributed on the rotor 48 of the exhaust gas turbine 44.
  • the rotor 48 of the exhaust gas turbine 44 is provided on the rotor shaft 30 of the internal combustion engine 10.
  • a liquid cooling medium is provided, with which not only the rotor housing 14 but also the combustion devices 18, which are uniformly distributed on the circumference of the rotor housing 14, are simultaneously cooled.
  • a flow line 52 of a coolant pipe 54 is fluidly connected to the outer housing 16 of the internal combustion engine 10.
  • an expansion device 56 which is provided to convert the liquid cooling medium into the gaseous state.
  • the gaseous coolant is then introduced into the housing 60 of a coolant turbine 62 by means of a nozzle device 58 in order to act on the turbine blades 64 on the rotor 66 of the coolant turbine 62.
  • the rotor 66 of the coolant turbine 62 is provided on the rotor shaft 30 of the internal combustion engine 10.
  • a return line 68 of the coolant pipe 54 is provided between the housing 60 of the coolant turbine 62 and the outer housing 16 of the internal combustion engine 10 in order to fluidly connect the coolant turbine 62 to the outer housing 16 of the internal combustion engine 10.
  • a pump 70 is switched on in the return line 68.
  • the coolant pipeline 54 accordingly forms a closed circuit between the internal combustion engine 10 or its outer housing 16 and the coolant turbine 62.
  • the coolant pipeline 54 accordingly forms a closed circuit between the internal combustion engine 10 or its outer housing 16 and the coolant turbine 62.
  • FIG. 2 shows the half-length longitudinal section of the rotor shaft 30, from which radial wing elements 28 project.
  • Each wing element 28, of which only one is visible in a plan view in this figure, has a concavely indented baffle section 32 and an adjacent
  • Impact section 32 adjoining outflow section 74 which directs the combustion gas in an outflow direction which is at least approximately axially parallel to the rotor shaft 30.
  • the outflow direction is indicated in this figure by arrow 76.
  • the valve device 36 is provided, which is fluidly connected to the exhaust pipe 38 drawn in sections. A certain pressure is maintained in the interior 24 of the rotor housing 14 by means of the valve device 36.
  • the outer housing 16 of the internal combustion engine 10 is spaced from the rotor housing 14 by an intermediate space 50.
  • the rotor shaft 30 projects beyond the outer housing 16 of the internal combustion engine 10.
  • a gearbox 78 is located on the rotor shaft 30 in order to increase or decrease the speed of the rotor shaft 30.
  • Bearing devices 78 are provided for rotatably mounting the rotor shaft 30 on the outer housing 16 and on the rotor housing 14 connected to the outer housing 16.
  • a number of combustion devices 18 are arranged in a uniformly distributed manner, which are aligned with the impact section 32 of the wing elements 28.
  • FIG. 3 shows sections of the rotor shaft 30 and a longitudinal section of one of the vane elements 28 that protrude from the rotor shaft 30 and are mechanically fixed to the rotor shaft 30.
  • the / each wing element 28 is formed with a concavely indented baffle section 32 and with an outflow section 74 directly adjoining the baffle section 32.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the internal combustion engine 10, as is used in particular for model aircraft engines.
  • the rotor shaft 30 protrudes with an axle stub to which a propeller 80 is attached.
  • Combustion devices 18, which serve to drive the rotor, which is not visible in this figure, are uniformly distributed on the circumference of the internal combustion engine 10.
  • a repulsion nozzle 82 is provided on the exhaust side of the internal combustion engine 10, through which the exhaust gases generated in the internal combustion engine 10 are discharged. This results in propulsion by means of the rotating propeller 80, this propulsion being supported by the exhaust gases flowing out of the recoil nozzle 82.

Abstract

Es wird eine Brennkraftmaschine (10) mit einem Rotorgehäuse (14), in dessen Innenraum (24) ein Rotor (12) mit einer Rotorwelle (30) drehbar gelagert ist, beschrieben, wobei am Rotorgehäuse (14) mindestens eine Verbrennungseinrichtung (18) zur Verbrennung eines den Rotor (12) antreibenden Explosionsgemisches vorgesehen ist. Das Rotorgehäuse (14) weist eine zylindrische Innenmantelfläche (34) auf. Der Rotor (12) ist als Flügelrad mit Flügelelementen (28) ausgebildet, die sich von der Rotorwelle (30) radial wegerstrecken. Jedes Flügelelement (28) weist einen Prallabschnitt (32) für das Explosionsgemisch auf, wobei die Prallabschnitte (32) der Flügelelemente (28) alle in die gleiche Drehrichtung weisen. Die/Jede Verbrennungseinrichtung (18) ist mit einer Brennkammer (20) ausgebildet.

Description

Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Rotorgehäuse, in dessen Innenraum ein Rotor mit einer Rotorwelle drehbar gelagert ist, wobei am Rotorgehäuse mindestens eine Verbrennungseinrichtung zur Verbrennung eines den Rotor antreibenden Explosionsgemisches vorgesehen ist.
Derartige Brennkraftmaschinen sind als Rotationskolben- bzw. Wankelmotoren bekannt. Bei diesen bekannten Brennkraftmaschinen ist der Rotor mehreckig und das
Rotorgehäuse mit einer von einer Zylinderform abweichenden Innenmantelfläche ausgebildet. Die Verbrennungseinrichtung einer solchen Brennkraftmaschine weist mindestens eine Zündkerze zum Zünden des zwischen dem Rotorgehäuse und dem Rotor komprimierten Verbrennungs- bzw. Explosionsgemisches auf. Ein erhebliches Problem derartiger Rotationskolben- Brennkraftmaschinen besteht in der Abdichtung zwischen dem Rotor und der Innenmantelfläche des Rotσrgehäuses. Ausserdem ist die von einer zylindrischen Gestalt abweichende Innenmantelfläche im Rotorgehäuse einer derartigen
Rotationskolben-Brennkraftmaschine nur mit einem erheblichen Arbeitsaufwand herstellbar.
ERSATZBLATT Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher das Rotorgehäuse bzw. seine Innenmantelfläche sehr einfach herstellbar ist, und bei der zwischen dem Rotorgehäuse, d.h. seiner Innenmantelfläche, und dem Rotor keine Abdichtungsprobleme bestehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Rotorgehäuse eine zylindrische Innenmantelfläche aufweist, dass der Rotor als Flügelrad mit Flügelelementen ausgebildet ist, die sich von der Rotorwelle gleich weit und mindestens annähernd radial wegerstrecken, dass jedes Flügelelement einen konkav eingedellten Prallabschnitt für das Verbren ings- bzw. Explosionsgemisch aufweist, wobei die Prallabschnitte der Flügelelemente alle in die gleiche Drehrichtung weisen, und dass die mindestens eine Verbrennungseinxichtung als Brennkammer ausgebildet ist. Ein Rotorgehäuse mit einer zylindrischen Innenmantelfläche ist sehr einfach herstellbar. Da ausserdem die einzelnen Flügelelemente von der permanent oder impulsweise arbeitenden Verbrennungseinrichtung beaufschlagt werden, ist es nicht erforderlich, zwischen dem Rotor bzw. den Flügelelementen und der Innenmantelfläche des Rotorgehäuses eine Abdichtung vorzusehen. Der Rotor arbeitet also nach dem an sich bekannten Prinzip eines Flügelrades. Durch den konkav eingedellten Prallabschnitt jedes Flügelelementes wird eine optimale Umsetzung der kinetischen Energie des Verbrennungs¬ bzw. Explosionsgemisches, das aus der Brennkammer ausströmt, in Rotationsenergie des als Flügelrad ausgebildeten Rotors der Brennkraftmaschine erzielt.
Demselben Zweck einer optimalen Umsetzung der kinetischen Energie des Verbrennungs- bzw. Explosionsgemisches in Rotationsenergie des Rotors dient es, wenn die/jede
ERSATZBLATT Brennkammer in den Innenraum des Rotorgehäuses in einer Richtung einmündet, die zum Bahnkreis der Prallabschnitte der Flügelelemente mindestens annähernd tangential ausgerichtet ist.
Das Rotorgehäuse ist zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Verbrennungsgasdruckes im Innenraum des Rotorgehäuses auspuffseitig vorzugsweise mit einer Ventileinrichtung versehen. Mit Hilfe dieser Ventileinrichtung ergibt sich nicht nur im Innenraum des Rotorgehäuses ein mindestens annähernd konstanter Druck, sondern auch in der an die Ventileinrichtung stromabwärts anschliessende Auspuffleitung der Brennkraftmaschine. Der im Innenraum herrschende durch die Ventileinrichtung bestimmte Druck wirkt an den einzelnen Flügelelementen allseitig, so dass dieser Innendruck die
Drehbewegung des Rotors nicht beeinflusst. Die Drehbewegung des Rotors ergibt sich einzig und allein durch die Strömungsbeaufschlagung aus der mindestens einen Brennkammer heraus.
Damit sich das Verbrennungs- bzw. Explosionsgemisch nach dem Auftreffen im Prallabschnitt jedes Flügelelementes nicht bremsend auswirkt, weist jedes Flügelelement vorzugsweise einen an den Prallabschnitt anschliessenden, das Verbrennungsgas in eine zur Rotorwelle mindestens annähernd achsparallele Ausströmrichtung lenkenden Auströmabschnitt auf. Die Auströmabschnitte der einzelnen Flügelelemente sind vorzugsweise in einem radialen Abstand von der Rotorwelle vorgesehen, der dem radialen Abstand der den Druck im Innenraum des Rotorgehäuses festlegenden Ventileinrichtung von der Rotorwelle entspricht.
Zur Erzielung eines runden vibrationsfreien Laufes des Rotors hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Schwerpunkt
ERSATZBLATT jedes Flügelrades und der zugehörige konkav eingedellte Prallabschnitt von der Rotorwelle radial mindestens annähernd gleich weit entfernt sind.
Um eine optimale Umwandlung des in der/jeder Brennkammer erzeugten Verbrennungs- bzw. Explosionsgemisches in Strömungsenergie, mit der die einzelnen Flügelelemente beaufschlagt und somit angetrieben werden, zu erzielen, weist die/jede Brennkammer vorzugsweise eine in den Innenraum des Rotorgehäuses der Brennkraftmaschine einmündende
Düseneinrichtung auf. Diese Düseneinrichtungen können als Lavaldüsen ausgebildet sein.
Die/jede* Düseneinrichtung ist zum Bahnkreis des Prallabschnittes jedes Flügelelementes vorzugsweise mindestens annähernd tangential ausgerichtet. Dadurch ergibt sich eine optimale Umwandlung des Impulses des auf den Prallabschnitt auftreffenden Verbrennungs- bzw. Explosionsgases in Rotationsenergie des Rotors.
Am Umfang des Rotorgehäuses der Brennkraftmaschine können eine Anzahl Brennkammern gleichmässig verteilt vorgesehen sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn eine ungeradzahlige Anzahl Brennkammern am Umfang des Rotorgehäuses der Brennkraftmaschine gleichmässig verteilt vorgesehen sind. Durch eine ungerade Anzahl Brennkammern kann die Zündfolge der einzelnen Brennkammern ein geschlossenes Zündfolgen-System bilden. Sind beispielsweise sieben Brennkammern am Umfang des Rotorgehäuses vorgesehen, so kann aufeinanderfolgend die erste, dritte, fünfte, siebende, zweite, vierte, sechste Kammer und danach wieder die erste Brennkammer gezündet werden. Sind am Umfang des Rotorgehäuses beispielsweise fünf Brennkammern gleichmässig verteilt vorgesehen, so kann die Zündfolge wie folgt sein: erste, dritte, fünfte, zweite, vierte und anschliessend wieder erste Brennkammer. Hierbei wird also in der Zündfolge jeweils eine Brennkammer ausgelassen und erst zum entsprechenden späteren Zeitpunkt gezündet. Bei sieben Brennkammern wäre es selbstverständlich auch möglich, zwei Brennkammern auszulassen und erst zu einem entsprechenden späteren Zeitpunkt systematisch zu zünden. Unabhängig von der Zündfolge der einzelnen Brennkammern können die Brennkammern zur Zündung des Explosions- bzw. Verbrennungsgemisches mit Zündkerzen versehen sein. Es ist jedoch auch möglich,
Glühkerzen vorzusehen und den Einlass des Explosions- bzw. Verbrennungsgemisches in die einzelnen Brennkammern der gewünschten Zündfolge entsprechend impulsweise zu steuern.
Die erfindungsgemässe Brennkraftmaschine kann mit einer
Luftkühlung ausgerüstet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Rotorgehäuse der Brennkraftmaschine und die mindestens eine Brennkammer innerhalb eines Aussengehäuses angeordnet sind, wobei im Zwischenraum zwischen dem Aussengehäuse und dem Rotorgehäuse in Kühlmittel vorgesehen ist. Bei diesem Kühlmittel kann es sich um eine Kühlflüssigkeit handeln.
Die durch die einen bestimmten Innendruck festlegende Ventileinrichtung strömt das Auspuffgas mit einer bestimmten kinetischen Energie aus. Um diese kinetische Energie des Auspuffgases mindestens grossteils auszunutzen und somit den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern, kann an der Rotorwelle ein Turbinenrotor einer Abgasturbine befestigt sein, wobei zwischen der Abgasturbine und dem Rotorgehäuse zum Beaufschlagen der Absgasturbine mit den Auspuffgasen der Brennkraftmaschine eine Abgasrohrleitung vorgesehen ist. Hierbei kann die Abgasrohrleitung eine in die Abgasturbine einmündende Düseneinrichtung aufweisen. Diese
ERSATZBLATT Düseneinrichtung kann zur Erzielung optimaler Strömungsverhältnisse der Auspuffgase als Lavaldüse ausgebildet sein. Selbstverständlich wäre es auch möglich, diese Abgasturbine als Lader zu benutzen, mit dem das in der mindestens einen Brennkammer zu verbrennende bzw. zur
Explosion zu bringende Verbrennungs- bzw. Explosionsgemisch verdichtet und im verdichteten Zustand in die mindestens eine Brennkammer eingeleitet wird;
Eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine wird dadurch erzielt, dass an der Rotόrwelle ein Turbinenrotor einer Kühlmittel- Turbine befestigt ist, und dass zwischen der Kühmittel- Turbine und dem Aussengehäuse der Brennkraftmaschine eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung einer Kühlmittel- Rohrleitung vorgesehen sind. Bei einer solchen Brennkraftmaschine ist es vorteilhaft, wenn in der Vorlaufleitung der Kühlmittel-Rohrleitung eine zur Phasenumwandlung des Kühlmittels vorgesehene Entspannungseinrichtung angeordnet ist. In dieser
Entspannungseinrichtung wird beispielsweise ein flüssiges Kühlmittel in den gasförmigen Aggregatzustand umgewandelt, um anschliessend mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit die Kühlmittel-Turbine zu beaufschlagen.
In der Vorlaufleitung stromabwärts nach der Entspannungseinrichtung kann eine in die Kühlmittel-Turbine einmündende Düseneinrichtung vorgesehen sein. Bei dieser Düseneinrichtung kann es sich ebenfalls um eine Lavaldüse handeln, um optimale Strömungsverhältnisse des stromabwärts nach der Entspannungseinrichtung vorzugsweise gasförmig vorliegenden Kühlmittels zu erzielen.
ERSATZBLATT Nachdem des sich beim Kühlmittel-System um ein geschlossenes System handelt, ist in der Rücklaufleitung der Kühlmittel- Rohrleitung vorzugsweise eine Pumpe vorgesehen. Mit Hilfe der Pumpe wird wieder der Ausgangszustand des Kühlmittels erzielt.
Im Gegensatz zu diesem in sich geschlossenen Kreislaufsystem des Kühlmittels ist das Auspuff-System stromabwärts nach der im Rotorgehäuse einen bestimmten Druck festlegenden Ventileinrichtung ein offenes System.
Wird die erfindungsgemässe Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Wasser-, Luft- oder insbesondere eines Landfahrzeuges angewandt, dann ist die Rotorwelle vorzugsweise mit einem Schaltgetriebe verbunden.
Insbesondere bei Anwendung der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine für Wasserfahrzeuge oder insbesondere für Luftfahrzeuge, kann an der Rotorwelle ein Propeller befestigt sein. Eine Brennkraftmaschine der zuletzt genannten Art ist insbesondere für Modell-Flugzeuge bzw. gegebenenfalls auch für Modell-Schiffe geeignet. Um auch die Strömungsenergie der Auspuffgase der Brennkraftmaschine auszunutzen, kann das Rotorgehäuse auspuffseitig eine Ruckstossdüse aufweisen. Eine Brennkraftmaschine mit einem an der Rotorwelle befestigten Propeller und einer den Auspuff bildenden Ruckstossdüse ist insbesondere für Modell-Flugzeuge vorgesehen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine.
ERSATZBLATT /15225
Es zeigt - :
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten
Ausführungsform der Brennkraftmaschine in einem * Querschnitt durch eine zur Rotorwelle senkrechte
Ebene,
Figur 2 einen halbseitigen Längsschnitt durch die
Brennkraftmaschine gemäss Figur 1, wobei auf die Darstellung der Abgasturbine und der Kühlmittel-
Turbine verzichtet wurde,
Figur 3 einen Schnitt entlang der Schnittline III-III in Figur 2 durch eines der Flügelelemente, und
Figur 4 eine andere Ausführungsform der
Brennkraftmaschine, die insbesondere für Modell- Flugzeuge vorgesehen ist.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine 10 mit einem Rotor 12, der in einem Rotorgehäuse 14 drehbar angeordnet ist. Das Rotorgehäuse 14 ist in einem Aussengehäuse 16 angeordnet. Im Zwischenraum zwischen dem Aussengehäuse 16 und dem Rotorgehäuse 14 sind Verbrennungseinrichtungen 18 angeordnet. Jede Verbrennungseinrichtung 18 weist eine Brennkammer 20 und eine Düseneinrichtung 22 auf, die zwischen der entsprechenden Brennkammer 20 und dem Innenraum 24 des Rotorgehäuses 14 eine fluidische Verbindung herstellt. Die Düseneinrichtungen 22 sind als Lavaldüsen ausgebildet. Die
Verbrennungseinrichtungen 18 bzw. ihre Düseneindrichtungen 22 sind derart ausgerichtet, dass die Düseneinrichtungen 22 mindestens annähernd tangential gegen den Bahnkreis 26 der
ERSATZBLATT Flügelelemente 28 des Rotors 12 ausgerichtet sind. Die Flügelelemente 28 des Rotors 12 stehen von der Rotorwelle 30 des Rotors 12 mindestens annähernd radial weg. Jedes Flügelelement 28 ist mit einem konkav eingedellten Prallabschnitt 32 ausgebildet, der weiter unten in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 noch einmal detailiert beschrieben wird.
Das Rotorgehäuse 14 weist eine zur Rotorwelle 30 konzentrische zylindrische Innenmantelfläche 34 auf. An der Innenmantelfläche 34 des Rotorgehäuses 14 ist eine Ventileinrichtung 36 vorgesehen, mittels welcher im Innenraum 24 des Rotorgehäuses 14 ein bestimmter Druck aufrechterhalten wird. Dieser Druck im Innenraum 24 ergibt sich durch die Verbrennung bzw. Explosion eines Verbrennungs- bzw.
Explosionsgemisches in der jeweiligen Verbrennungseinrichtung 18 bzw. Brennkammer 20. Das verbrannte bzw. explodierte Gemisch der entsprechenden Brennkammer 20 wird durch die zugehörige Düseneinrichtung 22 gegen das entsprechende Flügelelement 28 bzw. in dessen Prallabschnitt 32 hinein gerichtet, um den Rotor 12 in Drehung zu versetzen. Dabei wird die Zündfolge in den einzelnen Brennkammern 20 entsprechend der Stellung des Rotors 12 passend gewählt.
Die Ventileinrichtung 36 am Rotorgehäuse 14 ist mittels einer Abgasrohrleitung 38 mit einer Düseneinrichtung 40 fluidisch verbunden, wobei die Düseneinrichtung 40 in das Gehäuse 42 einer Abgas-Turbine 44 einmündet. Mit der Bezugsziffer 46 sind drei Turbinenschaufeln der Abgas-Turbine 44 bezeichnet. Die Turbinenschaufeln 46 sind am Rotor 48 der Abgas-Turbine 44 gleichmässig verteilt angeordnet. Der Rotor 48 der Abgasturbine 44 ist an der Rotorwelle 30 der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen.
ERSATZBLATT Im Zwischenraum 50 zwischen dem Aussengehäuse 16 und dem Rotorgehäuse 14 ist ein flüssiges Kühlmedium vorgesehen, mit dem nicht nur das Rotorgehäuse 14 sondern gleichzeitig auch die am Umfang des Rotorgehäuses 14 gleichmässig verteilten Verbrennungseinrichtungen 18 gekühlt werden. Mit dem Aussengehäuse 16 der Brennkraftmaschine 10 ist eine Vorlaufleitung 52 einer Kühlmittel-Rohrleitung 54 fluidisch verbunden. In der Vorlaufleitung 52 befindet sich eine Entspannungseinrichtung 56, die dazu vorgesehen ist, das flüssige Kühlmedium in den gasförmigen Aggregatzustand umzuwandeln. Das gasförmige Kühlmittel wird dann mittels einer Düseneinrichtung 58 in das Gehäuse 60 einer Kühlmittel- Turbine 62 eingeleitet, um die Turbinenschaufeln 64 am Rotor 66 der Kühlmittel-Turbine 62 zu beaufschlagen. In dieser Figur sind nur drei der Turbinenschaufeln 64 schematisch angedeutet. Der Rotor 66 der Kühlmittel-Turbine 62 ist an der Rotorwelle 30 der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen. Zwischen dem Gehäuse 60 der Kühlmittel-Turbine 62 und dem Aussengehäuse 16 der Brennkraftmaschine 10 ist eine Rücklaufleitung 68 der Kühlmittelrohrleitung 54 vorgesehen, um die Kühlmittel-Turbine 62 mit dem Aussengehäuse 16 der Brennkraftmaschine 10 fluidisch zu verbinden. In die Rücklaufleitung 68 ist eine Pumpe 70 eingeschaltet. Desgleichen ist es möglich, zwischen der Entspannungseinrichtung 56 und der Düseneinrichtung 58 der Vorlaufleitung 52 der Kühlmittelrohrleitung 54 eine (nicht dargestellte) Pumpe einzuschalten. Die Kühlmittelrohrleitung 54 bildet demnach zwischen der Brennkraftmaschine 10 bzw. deren Aussengehäuse 16 und der Kühlmittel-Turbine 62 einen geschlossenen Kreislauf. Demgegenüber bildet die
Brennkraftmaschine 10 über die Abgasrohrleitung 38 mit der Abgas-Turbine 44 ein offenes System, weil die Abgase die Abgas-Turbine 44 durch eine Auspuffleitung 72 verlassen.
ERSATZBLATT Figur 2 zeigt in einem halbseitigen Längsschnitt die Rotorwelle 30, von der radial Flügelelemente 28 wegstehen. Jedes Flügelelement 28, von dem in dieser Figur nur eines in einer Draufsicht sichtbar ist, weist einen konkav eingedellten Prallabschnitt 32 und einen sich an den
Prallabschnitt 32 anschliessenden Ausströmabschnitt 74 auf, der das Verbrennungsgas in eine zur Rotorwelle 30 mindestens annähernd achsparallele Ausströmrichtung lenkt. Die Ausströmrichtung ist in dieser Figur durch den Pfeil 76 angedeutet. An einer mit dem/jedem Ausströmabschnitt 74 bzw. dem Pfeil 76 der ausströmenden Verbrennungsgase fluchtenden Stelle des Rotorgehäuses 14 ist die Ventileinrichtung 36 vorgesehen, die mit der abschnittweise gezeichneten Abgaεrohrleitung 38 fluidisch verbunden ist. Mittels der Ventileinrichtung 36 wird im Innenraum 24 des Rotorgehäuses 14 ein bestimmter Druck aufrechterhalten.
Vom Rotorgehäuse 14 durch einen Zwischenraum 50 beabstandet ist das Aussengehäuse 16 der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen. Die Rotorwelle 30 steht über das Aussengehäuse 16 der Brennkraftmaschine 10 vor. An der Rotorwelle 30 befindet sich ein Schaltgetriebe 78, um die Drehzahl der Rotorwelle 30 zu über- bzw. untersetzen.
Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 30 am Aussengehäuse 16 und am mit dem Aussengehäuse 16 verbundenen Rotorgehäuse 14 sind Lagereinrichtungen 78 vorgesehen.
Am Umfang der Brennkraftmaschine 10 sind eine Anzahl Verbrennungseinrichtungen 18 gleichmässig verteilt angeordnet, die zum Prallabschnitt 32 der Flügelelemente 28 passend ausgerichtet sind.
ERSATZBLATT Aus Figur 3 ist abschnittweise die Rotorwelle 30 und in einem Längsschnitt eines der von der Rotorwelle 30 wegstehenden und an der Rotorwelle 30 mechanisch fest angeordneten Flügelelemente 28 ersichtlich. Das/jedes Flügelelement 28 ist mit einem konkav eingedellten Prallabschnitt 32 und mit einem an den Prallabschnitt 32 unmittelbar anschliessenden Ausströmabschnitt 74 ausgebildet.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine 10, wie sie insbesondere für Modell-Flugzeugmotoren zur Anwendung gelangt. Aus dem Aussengehäuse 16 der Brennkraftmaschine 10 steht die Rotorwelle 30 mit einem Achsstummel vor, an dem ein Propeller 80 befestigt ist. Am Umfang der Brennkraftmaschine 10 sind gleichmässig verteilt Verbrennungseinrichtungen 18 vorgesehen, die zum Antrieb des in dieser Figur nicht sichtbaren Rotors dienen. Eine Ruckstossdüse 82 ist an der Auspuffseite der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen, durch die die in der Brennkraftmaschine 10 entstehenden Auspuffgase ausgeleitet werden. Es ergibt sich somit ein Vortrieb mittels des sich drehenden Propellers 80, wobei dieser Vortrieb durch die aus der Ruckstossdüse 82 ausströmenden Auspuffgase unterstützt wird.
ERSATZBLATT

Claims

A n s p r ü c h e
1. Brennkraftmaschine mit einem Rotorgehäuse (14) , in dessenen Innenraum (24) ein Rotor (12) mit einer Rotorwelle (30) drehbar gelagert ist, wobei am Rotorgehäuse (14) mindestens eine
Verbrennungseinrichtung (18) zur Verbrennung eines den Rotor (12) antreibenden Explosionsgemisches vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Rotorgehäuse (14) eine zylindrische Innenmantelfläche (34) aufweist, dass der Rotor (12) als Flügelrad mit Flügelelementen (28) ausgebildet ist, die sich von der Rotorwelle (30) gleich weit und mindestens annähernd radial wegerstrecken, dass jedes Flügelelement (28) einen konkav eingedellten Prallabschnitt (32) für das Verbrennungs- bzw. Explosionsgemisch aufweist, wobei die Prallabschnitte (32) der Flügelelemente (28) alle in die gleiche Drehrichtung weisen, und dass die mindestens eine Verbrennungseinrichtung (18) als Brennkammer (20) ausgebildet ist.
ERSATZBLATT 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die/jede Brennkammer (20) in den Innenraum (24) des Rotorgehäuses (14) in einer Richtung einmündet, die zum Bahnkreis (26) der Prallabschnitte. (32) mindestens annähernd tangential ausgerichtet ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r.c h g e k e n n z e i c h n e t , . dass das Rotorgehäuse (14) zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Verbrennungsgasdruckes im Innenraum (24) des Rotorgehäuses (14) auspuffseitig mit einer Ventileinrichtung (36) versehen ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jedes Flügelelement (28) einen an den Prallabschnitt (32) anschliessenden, das Verbrennungsgas in eine zur Rotorwelle (30) mindestens annähernd achsparallele Ausströmrichtung (76) lenkenden Ausströmabschnitt (74) aufweist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schwerpunkt jedes Flügelelementes (28) und der zugehörige konkav eingedellte Prallabschnitt (32) von der Rotorwelle (30) radial mindestens annähernd gleich weit entfernt sind.
6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
ERSATZBLATT dass die/jede Brennkammer (20) eine in den Innenraum (24) des Rotorgehäuses (14) der Brennkraftmaschine (10) einmündende Düseneinrichtung (22) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die/jede Düseneinrichtung (22) zum Bahnkreis (16) des Prallabschnittes (32) jedes Flügelelementes (28) mindestens annähernd tangential ausgerichtet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Anzahl Brennkammern (20) am Umfang des Rotorgehäuses (14) der Brennkraftmaschine (10) gleichmässig verteilt vorgesehen sind.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine ungeradzahlige Anzahl Brennkammern (20) am Umfang des Rotorgehäuses (14) der Brennkraftmaschine (10) gleichmässig verteilt vorgesehen sind.
10. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Rotorgehäuse (14) der Brennkraftmaschine (10) und die mindestens eine Brennkammer (20) innerhalb eines Aussengehäuses (16) angeordnet sind, wobei im Zwischenraum (50) zwischen dem Aussengehäuse (16) und dem Rotorgehäuse (14) ein Kühlmittel vorgesehen ist.
11. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ERSÄTZBLATT 15225
16
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an der Rotorwelle (30) ein Turbinenrotor (48) einer Abgasturbine (44) befestigt ist, wobei zwischen der Abgasturbine (44) und dem Rotorgehäuse (14) zum Beaufschlagen der Abgasturbine (44) mit den Auspuffgasen der Brennkraftmaschine (10) eine Abgasrohrleitung (38) vorgesehen ist.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abgasrohrleitung (38) eine in die Abgas-Turbine (44) einmündende Düseneinrichtung (40) aufweist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an der Rotorwelle (30) ein Turbinenrotor (66) einer Kühlmittel-Turbine (62) befestigt ist, und dass zwischen der Kühlmittel-Turbine (62) und dem Aussengehäuse (16) der Brennkraftmaschine (10) eine Vorlaufleitung (52) und eine Rücklaufleitung (68) einer Kühlmittelrohrleitung (54) vorgesehen ist.
14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Vorlauf leitung (52) der
Kühlmittelrohrleitung (54) eine zur Phasenumwandlung des Kühlmittels vorgesehene Entspannungseinrichtung (56) angeordnet ist.
15. Brennkraf tmaschine nach Anspruch 13 und 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Vorlauf leitung (52) stromabwärts nach der
Entspannungseinrichtung (56) eine in die Kühlmittel-
ERSATZBLATT Turbine (62) einmündende Düseneinrichtung (58) vorgesehen ist.
16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Rücklaufleitung (68) der
Kühlmittelrohrleitung (54) eine Pumpe (70) vorgesehen ist.
17. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Rotorwelle (30) mit einem Schaltgetriebe (77) verbunden ist.
18. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an der Rotorwelle (30) ein Propeller (80) befestigt ist.
19. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Rotorgehäuse (14) auspuf fseitig eine Ruckstossdüse (82) aufweist.
ERSATZBLATT
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