DE1137265B - Back pressure internal combustion turbine - Google Patents

Description

Rückdruck-Brennkraftturbine Die Erfindung betrifft eine Rückdruck-Brennkraftturbine mit im Läufer kranzförmig verteilten Brennkammern mit schräg entgegen der Drehrichtung nach einer Gehäusewand hin gerichteten Auslaßöffnungen und mit intermittierender Verbrennung mittels einer Zünd- und Auslaßsteuerung mit im Gehäuse feststehend angeordneten Mitteln (Zündkerzen und Auspufföffnungen) und wobei die am Gehäuse angeordneten Zündmittel von den im Läufer angeordneten Auslaßöffnungen der über den Verdichter mit Verbrennungsgemisch aufgeladenen Brennkammern vor den Auspufföffnungen des Gehäuses erreicht werden.Back pressure internal combustion turbine The invention relates to a back pressure internal combustion turbine with combustion chambers distributed in a ring in the rotor and inclined against the direction of rotation outlet openings directed towards a housing wall and with intermittent ones Combustion by means of an ignition and exhaust control with fixedly arranged in the housing Means (spark plugs and exhaust ports) and being arranged on the housing Ignition means from the outlet openings arranged in the rotor via the compressor Combustion chambers charged with combustion mixture in front of the exhaust openings of the housing can be achieved.

Es liegen bereits zahlreiche Vorschläge vor, die recht komplizierten üblichen Kolbenbrennkraftmaschinen durch unmittelbar rotierend arbeitende Brennkraftmaschinen, insbesondere durch Verbrennungsturbinen zu ersetzen. Die mit kontinuierlichem Brennkammerbetrieb arbeitenden Gasturbinen sind jedoch nur schlecht regelbar und infolge der hohen Temperaturbelastung recht empfindlich und konnten sich aus diesen und weiteren Gründen bisher nur für bestimmte Anwendungen, insbesondere für Flugzeugtriebwerke und Großmaschinen (mit vorwiegend konstanter Drehzahl) durchsetzen. Sowohl diese als auch die bereits bekanntgewordenen, eingangs genannten Rückdruck-Brennkraftturbinen mit im Läufer untergebrachten intermittierend arbeitenden Brennkammern benötigen besondere Aufladegebläse mit entsprechenden Verbindungsleitungen und weisen komplizierte Vorrichtungen zur intermittierenden Belieferung der Brennkammern mit Verbrennungsgemisch auf.There are already numerous proposals that are quite complicated conventional piston internal combustion engines by internal combustion engines working directly in rotation, especially to be replaced by combustion turbines. The ones with continuous combustion chamber operation working gas turbines are difficult to control and due to the high Temperature stress quite sensitive and could be due to these and other reasons so far only for certain applications, in particular for aircraft engines and large machines (with predominantly constant speed) enforce. Both these and those already known, initially mentioned back pressure internal combustion turbines with in the rotor Intermittently operating combustion chambers housed require special supercharging fans with corresponding connecting lines and have complicated devices to intermittent supply of the combustion chambers with combustion mixture.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, die zuletzt genannten Rückdruck-Brennkraftturbinen so weiter zu entwickeln, daß die intermittierende Verdichtung mit möglichst wenig beweglichen Teilen ein und desselben Aggregates erreicht wird.The invention is primarily based on the object mentioned last Back-pressure internal combustion turbines continue to develop so that intermittent compression is achieved with as few moving parts of one and the same unit as possible.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Turbinenläufer zugleich als ein Rad von zwei entlang ihrem Umfang ungefähr sägezahnartige, spiegelbildlich ineinandergreifende Zähne aufweisenden Rädern eines Drehkolbenverdichters ausgebildet ist, wobei jedem Zahn des Turbinenläufers eine mit der benachbarten sägezahnartigen Ausnehmung über ein - zugleich ein Auslaßorgan des Verdichters bildendes - Rückschlagventil in Verbindung stehende Brennkammer zugeordnet ist.According to the invention, the object set is essentially thereby solved that the turbine runner at the same time as one wheel of two along its circumference approximately sawtooth-like, mirror-inverted teeth having Wheels of a rotary piston compressor is formed, with each tooth of the turbine rotor one with the neighboring sawtooth-like recess via a - at the same time an outlet organ of the compressor forming - check valve communicating combustion chamber assigned.

Dadurch, daß der Läufer der Brennkraftturbine zugleich als das eine Rad eines Drehkolbenverdichters ausgebildet ist, erübrigt sich die Anordnung eines sonst erforderlichen gesonderten Verdichters. Außerdem entfallen die stets verlustbringenden Druckleitungen zwischen dem Verdichter und den Brennkammern, da die Brennkammern mit dem Druckraum des Verdichters unmittelbar (lediglich über je ein Rückschlagventil) verbunden sind.The fact that the rotor of the internal combustion turbine at the same time as the one Wheel of a rotary piston compressor is formed, the arrangement of a is unnecessary otherwise required separate compressor. In addition, the always loss-making ones are omitted Pressure lines between the compressor and the combustion chambers, as the combustion chambers with the pressure chamber of the compressor directly (only via one check valve each) are connected.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jede Brennkammer zwei nach gegenüberliegenden Seiten des Läufers hin öffnende Auslaßöffnungen und das Gehäuse dementsprechend je zwei gegenüberliegend angeordnete Zündmittel und Auspufföffnungen auf, wodurch eine rasche Entspannung und günstige Rückdruckwirkung der Auspuffgase ermöglicht ist.According to a preferred embodiment of the invention, each combustion chamber two outlet openings and opening on opposite sides of the rotor the housing accordingly two oppositely arranged ignition means and Exhaust openings open, resulting in rapid relaxation and a favorable back pressure effect the exhaust gases is enabled.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung münden alle Auspufföffnungen einer Gehäuseseite in ein vom Bereich der Zündstelle ausgehendes, kreisbogenförmig gekrümmtes und in der Läuferdrehrichtung durchströmtes gemeinsames Auspuffrohr ein. Bei einer solchen Ausbildung des Auspuffes erübrigt sich die bisher übliche Abgasumlenkung durch besondere Umlenkschaufeln, weil die aus den einzelnen Brennkammern ausströmenden Abgase größtenteils gegen ein die bisherigen Umlenkschaufeln ersetzendes Abgaspolster strömen, das durch die aus dem Aufpuffrohr im wesentlichen entgegen der Einströmungsrichtung ausströmenden Ab-P Cr se gebildet wird.According to a further embodiment of the invention, all of the exhaust openings on one side of the housing open into a common exhaust pipe that starts from the area of the ignition point and is curved in the shape of a circular arc and through which flow flows in the direction of rotation of the rotor. With such a design of the exhaust, the previously usual exhaust deflection by special deflection blades is unnecessary, because the exhaust gases flowing out of the individual combustion chambers mostly flow against an exhaust gas cushion that replaces the previous deflection blades, which is caused by the Ab-P Cr flowing out of the exhaust pipe essentially against the direction of flow se is formed.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt Ansicht A eine erfindungsgemäße Rückdruck-Brennkraftturbine in einer Seitenansicht; Ansicht B dieselbe Seitenansicht bei abgenommener Seitenwand des Turbinengehäuses; Ansicht C dieselbe Turbine in einer Ansicht gegen ihre eine Schmalseite.In the drawing, the invention is illustrated by way of example; it shows view A of a back pressure internal combustion turbine according to the invention in a side view; opinion B the same side view with the side wall of the turbine housing removed; opinion C the same turbine in a view against one of its narrow sides.

Die dargestellte Rückdruck-Brennkraftturbine besteht aus einem nach außen im wesentlichen abgeschlossenen, lediglich einen Ansaugkanall und an seinen beiden Seitenwänden je ein Auspuffrohr 13 aufweisenden Gehäuse, in dem zwei entlang ihrem Umfang ungefähr sägezahnartige, spiegelbildlich ineinandergreifende Zähne aufweisende Räder eines Drehkolbenverdichters drehbar gelagert sind.The back pressure internal combustion turbine shown consists of an according to outside essentially closed, only one intake duct and on his both side walls each having an exhaust pipe 13 housing in which two along their circumference roughly sawtooth-like, mirror-inverted teeth having wheels of a rotary piston compressor are rotatably mounted.

Dabei ist das gemäß der Zeichnung obere Rad als Turbinenläufer ausgebildet, der in jedem seiner Zähne eine Brennkammer 3 aufweist, die über ein - zugleich ein Auslaßorgan des Verdichters bildendes - Rückschlagventi12 mit der benachbarten sägezahnartigen Ausnehmung 5 dieses Rades in Verbindung steht. Die beiden Räder stehen über ihre Wellen und auf diesen angeordnete Zahnräder 4 in einer üblichen gegenläufigen Antriebsverbindung miteinander.The upper wheel according to the drawing is designed as a turbine rotor, which has a combustion chamber 3 in each of its teeth, which has a - at the same time a The outlet element of the compressor - the non-return valve12 with the neighboring sawtooth-like one Recess 5 of this wheel is in communication. The two wheels are above hers Shafts and gears 4 arranged on them in a conventional counter-rotating drive connection together.

Von jeder Brennkammer geht nach beiden Seiten des Turbinenläufers je ein Auspuffkanal 6 aus, wobei sich sämtliche Auspuffkanäle 6 auf einem gemeinsamen konzentrischen Kreisbogen befinden, auf dem sich auch das Auspuffrohr 13 des Gehäuses an dessen Außenseite befindet. Die Seitenwand des Gehäuses weist entlang dem Auspuffkanal 13 eine Vielzahl aufeinanderfolgender Auspufföffnungen 12 auf, durch welche die aus den Brennkammern 3 und den Auspuffkanälen 6 über je eine Auslaßöffnung 11 des Turbinenläufers ankommenden Abgase in das Auspuffrohr 13 einströmen können.An exhaust duct 6 extends from each combustion chamber to both sides of the turbine rotor, all exhaust ducts 6 being located on a common concentric circular arc on which the exhaust pipe 13 of the housing is also located on its outside. The side wall of the housing has a plurality of successive exhaust openings 12 along the exhaust duct 13 , through which the exhaust gases arriving from the combustion chambers 3 and the exhaust ducts 6 can flow into the exhaust pipe 13 via an outlet opening 11 of the turbine rotor.

Wie aus den Ansichten A und C hervorgeht, ist im Gehäuse der Turbine in kurzem Abstand vor dem geschlossenen Ende jedes Auspuffrohres 13 noch eine Zündkerze 10 angeordnet, deren Zündstelle an der Innenseite der Gehäusewandung ebenfalls auf dem vorgenannten Kreisbogen liegt, entlang dem beim Betrieb der Turbine die Auslaßöffnungen 11 der einzelnen Brennkammern 3 rotieren.As can be seen from views A and C, the turbine is in the housing a short distance from the closed end of each exhaust pipe 13 is another spark plug 10 arranged, the ignition point on the inside of the housing wall also the aforementioned arc, along which the outlet openings when the turbine is in operation 11 of the individual combustion chambers 3 rotate.

Das als Turbinenläufer ausgebildete Rad ist in bei ähnlichen Turbinenläufern bekannter Weise wassergekühlt, wozu die Welle 14 dieses Rades mit zwei von ihren gegenüberliegenden Enden ausgehenden und bis kurz vor die Mittelquerebene des Läufers führenden Sackbohrungen versehen ist, von denen aus radial in den Bereich der einzelnen Brennkammern 3 führende Kanäle 15 ausgehen. Diese Ein- und Austrittskanäle für das Kühlwasser stehen an ihren äußeren Enden mit je einem die Brennkammern 3 umgebenden Kühlwassermantel in Verbindung. Im übrigen stellt die aus der Ansicht C hervorgehende Kühleinrichtung nur eine beispielsweise Ausführungsform einer an sich bekannten Kühlung dar und bildet deshalb keinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The wheel, which is designed as a turbine rotor, is used in similar turbine rotors known manner water-cooled, including the shaft 14 of this wheel with two of their outgoing opposite ends and until just before the central transverse plane of the runner leading blind bores is provided, from which radially into the area of each Combustion chambers 3 leading channels 15 go out. These inlet and outlet channels for the Cooling water are available at their outer ends with one each surrounding the combustion chambers 3 Cooling water jacket in connection. The rest of the from view C represents Cooling device is only one exemplary embodiment of a known one Cooling is and therefore does not form the subject of the present invention.

Beim Betrieb der beschriebenen Rückdruck-Brennkraftturbine wirken die an den Sägezähnen der beiden Räder befindlichen Ausnehmungen 5 und 7 (vgl. Ansicht B) paarweise zur Bildung eines Verdichtungsraumes 8 zusammen, während der an den Ansaugkanal 1 innerhalb des Gehäuses anschließende Raum einen Ansaugraum 9 für das angesaugte Gemisch bildet. Das durch den Ansaugkanal 1 angesaugte und nach seinem Umlauf mit dem Turbinenläufer im Verdichtungsraum 8 verdichtete Gemisch gelangt über das Rückschlagventil 2 in die Brennkammer 3, wo es im Verlauf der weiteren Drehung des Läufers (in Pfeilrichtung gemäß Ansicht B) an der Stelle der Auslaßöffnungen 11 durch die beiden Zündkerzen 10 gezündet wird. Die hierbei entwickelten Verbrennungsgase strömen sodann durch die Auslaßöffnungen 11 der betreffenden Brennkammer 3 und durch die Auspufföffnungen 12 des Gehäuses in die einander gegenüberliegenden Auspuffrohre 13, aus denen sie im wesentlichen entgegen der Einströmungsrichtung in die Atmosphäre ausströmen.During the operation of the back pressure internal combustion turbine described, the recesses 5 and 7 (see view B) on the saw teeth of the two wheels work together in pairs to form a compression chamber 8, while the space adjoining the intake duct 1 within the housing provides an intake chamber 9 for the sucked mixture forms. The mixture sucked in through the intake duct 1 and compressed after its circulation with the turbine rotor in the compression chamber 8 passes through the check valve 2 into the combustion chamber 3, where, as the rotor continues to rotate (in the direction of the arrow according to view B) at the location of the outlet openings 11 is ignited by the two spark plugs 10. The combustion gases developed in this way then flow through the outlet openings 11 of the respective combustion chamber 3 and through the exhaust openings 12 of the housing into the mutually opposite exhaust pipes 13, from which they flow out into the atmosphere essentially against the direction of flow.

Dadurch, daß jedes Auspuffrohr 13 über eine Anzahl aufeinanderfolgender Auspufföffnungen 12 mit dem Innern des Gehäuses in Verbindung steht, kann sich der Verbrennungsablauf bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit vier Brennkammern etwa über eine halbe Umdrehung des Turbinenläufers erstrecken, was eine sehr günstige Entspannung und Ausnutzung der Abgase sichert.In that each exhaust pipe 13 has a number of consecutive Exhaust openings 12 is in communication with the interior of the housing, the Combustion sequence in the illustrated embodiment with four combustion chambers Extend about half a turn of the turbine rotor, which is a very cheap one Relaxation and utilization of the exhaust gases ensures.

Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten des beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiels gebunden. So könnte der Turbinenläufer statt der dargestellten vier Brennkammern auch nur drei oder auch mehr als vier Brennkammern und Sägezähne aufweisen. Die gewählte Ausführung wird in der Praxis von den Verbrennungsverhältnissen, den Gesamtabmessungen und der gewünschten Gesamtleistung der Brennkraftturbine abhängen. Die in der Ansicht C dargestellte seitliche Begrenzung der Ausnehmung 5 des Turbinenläufers durch seitliche Abdeckwände könnte auch wegfallen und durch die feststehenden Innenwände des Gehäuses ersetzt werden. Statt der dargestellten doppelseitigen Auspuffanordnung könnte die Brennkraftturbine auch nur mit einer einzigen, an der einen Gehäuseseite angeordneten Auspuffanordnung versehen sein, und die Abgase könnten schließlich auch nach Verlassen der Auspuffrohre 13 noch in üblicher, bekannter Weise ausgenutzt werden, ohne daß dadurch der in den nachstehendenAnsprüchen niedergelegte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.The invention is not limited to all details of the described and illustrated embodiment bound. So the turbine runner could take place of the four combustion chambers shown, only three or even more than four combustion chambers and have saw teeth. In practice, the selected design depends on the combustion conditions, depend on the overall dimensions and the desired overall power of the internal combustion turbine. The lateral delimitation of the recess 5 of the turbine rotor shown in the view C side cover walls could also be omitted and the fixed inner walls of the housing must be replaced. Instead of the illustrated double-sided exhaust arrangement could the internal combustion turbine only with a single one, on one side of the housing arranged exhaust assembly, and the exhaust gases could eventually even after leaving the exhaust pipes 13 still used in the usual, known manner without affecting the scope of protection laid down in the claims below the invention is abandoned.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Rückdruck-Brennkraftturbine mit im Läufer kranzförmig verteilten Brennkammern mit schräg entgegen der Drehrichtung nach einer Gehäusewand hin gerichteten Auslaßöffnungen und mit intermittierender Verbrennung mittels einer Zünd-und Auslaßsteuerung mit im Gehäuse feststehend angeordneten Mitteln (Zündkerzen und Auspufföffnungen) und wobei die am Gehäuse angeordneten Zündmittel von den im Läufer angebrachten Auslaßöffnungen der über den Verdichter mit Verbrennungsgemisch aufgeladenen Brennkammern vor den Auspufföffnungen des Gehäuses erreicht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenläufer zugleich als eines von zwei entlang ihrem Umfang ungefähr sägezahnartige, spiegelbildlich ineinandergreifende Zähne aufweisenden Rädern eines Drehkolbenverdichters ausgebildet ist, wobei jedem Zahn des Turbinenläufers eine mit der benachbarten sägezahnartigen Ausnehmung (5) über ein - zugleich ein Auslaßorgan des Verdichters bildendes - Rückschlagventil (2) in Verbindung stehende Brennkammer (3) zugeordnet ist. 2. Rückdruck-Brennkraftturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Brennkammer (3) zwei nach gegenüberliegenden Seiten des Turbinenläufers hin öffnende Auslaßöffnungen (11) und das Gehäuse dementsprechend je zwei gegenüberliegend angeordnete Zündmittel (Zündkerzen 10) und Auspufföffnungen (12) aufweist. 3. Rückdruck-Brennkraftturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Auspufföffnungen (12) einer Gehäuseseite in ein vom Bereich der Zündstelle (Zündkerze 10) ausgehendes, kreisbogenförmig gekrümmtes und in der Läuferdrehrichtung durchströmtes gemeinsames Auspuffrohr (13) einmünden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 425 678, 442 477, 625 694; französische Patentschrift Nr. 425 540.PATENT CLAIMS: 1. Back pressure internal combustion turbine with combustion chambers distributed in a ring in the rotor with outlet openings directed obliquely against the direction of rotation towards a housing wall and with intermittent combustion by means of an ignition and outlet control with means (spark plugs and exhaust openings) fixed in the housing and with the on the housing disposed ignition means are achieved by the attached in the rotor outlet ports of the charged on the combustion compressor mixture combustion chambers before the exhaust openings of the housing, characterized in that the turbine runner sawtooth at the same time as one of two along its periphery approximately in mirror image intermeshing teeth having wheels is formed of a rotary compressor , whereby each tooth of the turbine rotor is connected to the adjacent sawtooth-like recess (5) via a non-return valve (2) which also forms an outlet member of the compressor nde combustion chamber (3) is assigned. 2. Back pressure internal combustion turbine according to claim 1, characterized in that each combustion chamber (3) has two outlet openings (11) opening on opposite sides of the turbine rotor and the housing accordingly has two oppositely arranged ignition means (spark plugs 10) and exhaust openings (12). 3. Back pressure internal combustion turbine according to claim 1 or 2, characterized in that all the exhaust openings (12) on one side of the housing open into a common exhaust pipe (13) extending from the area of the ignition point (spark plug 10) and curved in the shape of an arc of a circle through which flow flows in the direction of rotation of the rotor. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 425 678, 442 477, 625 694; French patent specification No. 425 540.