DE19818368A1 - Energierückgewinnung aus Abgasen für Triebwerke - Google Patents

Abstract

Das Triebwerk hat einen Verdichter (20) zum Ansaugen und Komprimieren von Luft, der einen Rotor (24) mit einer Welle (14) aufweist und mit einem Brennraum (74) zum Verbrennen der mit Kraftstoff vermischten und verdichteten Luft verbunden ist, sowie einen an den Brennraum (74) anschließenden Krafterzeuger (42) zum Antreiben des Rotors (24) und zur Abgabe von Nutzarbeit. Der Krafterzeuger (42) besteht aus wenigstens einem Diffusor (44), dessen Strömungsachse (46) tangential zum Roboter (24) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Triebwerk, umfassend einen Verdichter zum Ansaugen und Komprimieren von Luft, der einen Rotor mit einer Welle aufweist und der mit einem Brennraum zum Verbrennen der mit Kraftstoff vermischten und verdichteten Luft verbunden ist, sowie einen an den Brennraum anschließenden Krafterzeuger zum Antreiben des Rotors und zur Abgabe von Nutzarbeit.

Antriebsmotoren für Kraftfahrzeuge bestehen ganz überwiegend aus Hubkolbenmaschinen, die nach den 4-Takt-Prinzip - äußerst selten nach den 2-Takt-Prinzip - arbeiten und als Otto- oder Diesel­ motoren ausgebildet sind. Beim 4-Takt-Motor wird im ersten Takt die Ladung eingebracht und im zweiten Takt verdichtet. Kurz vor Ende des Verdichtungshubes setzt die Zündung ein, worauf im dritten Takt die Ladung verbrennt, die Verbrennungsgase sich ausdehnen und ihre Energie an den Kolben abgeben (Arbeitstakt). Im vierten Takt werden die Abgase durch den Kolben nach außen gedrückt.

Der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen mit Hubkolben, die für den Vortrieb von Kraftfahrzeugen verwendet werden, ist trotz zahlreicher Anstrengungen, die bei der Motorenentwicklung durch­ geführt wurden, immer noch unbefriedigend, da ein großer Teil der zugeführten Energie als Abwärme nach außen abgegeben wird und daher für die Antriebsleistung nicht zur Verfügung steht. Ein anderer Teil der zugeführten Energie von bis zu 15% wird für den Antrieb von Hilfsaggregaten benötigt, beispielsweise für das Getriebe, für den Stromgenerator und dergleichen. Bei heutigen Hubkolben-Verbrennungsmotoren steht nur ein Anteil von 30 bis 35% der zugeführten Energie für die Nutzleistung zur Verfügung, während über 50% als Wärmeverlust in Kauf genommen werden müssen.

Für den Antrieb von Flugzeugen, aber auch für Stromerzeuger und dergleichen, werden Gasturbinen eingesetzt, deren allgemeine Bauart sich aus dem eingangs erläuterten Triebwerk ergibt. Gegenüber Hubkolbenmotoren haben diese den Vorteil einer rotierenden Bewegung und einer kontinuierlichen Verbrennung und Strömung der Gase, die im Krafterzeuger den Rotor antreiben und Nutzarbeit zur Verfügung stellen. Der Krafterzeuger besteht bei den bekannten Triebwerken im allgemeinen aus einer mehrstufigen Turbine, in der sich die heißen Gase entspannen und dabei den Rotor des Verdichters antreiben; am Ende der Turbine strömen die heißen Gase koaxial aus und erzeugen eine Schubkraft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Triebwerk der eingangs umrissenen Bauart so auszubilden, daß es bei optimaler Energieausnutzung des zugeführten Kraftstoffes im Krafterzeuger ein Drehmoment erzeugt, das an der Rotorwelle als Nutzarbeit zur Verfügung steht, beispielsweise für den Antrieb von Kraftfahr­ zeugen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Krafterzeuger aus wenigstens einem Diffusor besteht, dessen Strömungsachse tangential zum Rotor ausgerichtet ist.

Diese Lösung hat gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik den Vorteil, daß die aus dem Diffusor ausströmenden Gase ein vom Abstand des Diffusors zur Wellenachse abhängiges Dreh­ moment erzeugen, über welches der Rotor und damit die Ab­ triebswelle des gesamten Triebwerks in Drehung versetzt wird. Dieses Drehmoment kann unmittelbar für den Radantrieb eines Kraftfahrzeuges verwendet werden. Hin- und hergehende Massen wie bei einem üblichen Hubkolbenmotor sind nicht vorhanden, so daß auch die dort auftretenden Nachteile vermieden sind. Durch die kontinuierliche Verbrennung und Strömung des Arbeitsmediums kann ein äußerst ruhiger Lauf des Triebwerks erzielt werden.

Zur Veränderung des Drehmomentes ist vorgesehen, den Diffusor - oder bei zwei achssymmetrisch angeordneten Diffusoren die beiden Diffusoren - radial zur Achse des Rotors verstellbar anzuordnen. Für die Radialverstellung des Diffusors kann ein doppelter Schneckentrieb mit einem innen und außen verzahnten Ring vorge­ sehen sein, dessen Außenverzahnung mit einem axial verstellbaren Betätigungsbolzen kämmt und dessen Innenverzahnung mit einem Gewindebolzen in Eingriff ist, der bei Drehverstellung eine Radialverstellung des Diffusors herbeiführt. Auf diese Weise kann bei Einsatz des Triebwerks in einem Kraftfahrzeug der Fahrer in gewohnter Weise das Fahrzeug beschleunigen.

Es ist besonders günstig, wenn der Brennraum im Diffusor inte­ griert ist, was sich nicht nur auf eine einfache Konstruktion auswirkt, sondern auch die Verbrennung an den spätest möglichen Punkt im Triebwerk verlegt, an dem eine Durchmischung der ver­ dichteten Luft mit dem zugeführten Kraftstoff erfolgt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat die Welle einen in ihrer Achsmitte liegenden Längskanal für die Zuführung der verdichteten Luft, der in einen radial ausgerichteten Kanal­ abschnitt übergeht, welcher in den Brennraum mündet. Dabei ist es günstig, wenn der Krafterzeuger in einem koaxial zu der Welle ausgebildeten Gehäuse untergebracht ist, dessen Wandung gleichmäßig verteilte Luftkanäle zur Weiterleitung der kom­ primierten Luft vom Verdichter in den Längskanal der Welle aufweist.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Längskanal mit den Luftkanälen über Wärmetauscherrohre verbunden, welche in einem Abgassammelgehäuse angeordnet sind, dessen Eingang mit dem Ge­ häuse des Krafterzeugers verbunden ist und dessen Ausgang zu einem Auspuff führt.

Mit diesen Maßnahmen wird zunächst erreicht, daß das Gehäuse des Krafterzeugers von der noch kalten Luft gekühlt wird, die an­ schließend durch die heißen Abgase im Abgassammelgehäuse durch die Wärmetauscherohre allmählich erhitzt werden, bevor sie in den Brennraum strömen. Auf diese Weise wird die Abwärme der heißen Verbrennungsgase weitestgehend ausgenutzt, um den Energieinhalt der in den Brennraum strömenden, komprimierten Luft zu erhöhen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus der folgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Triebwerk gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch den Verdichter in der Ebene II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Luftkanäle des Gehäuses des Krafterzeugers in der Ebene III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Krafterzeuger in der Ebene IV-IV der Fig. 1,

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch einen Diffusor in der Ebene V-V der Fig. 4,

Fig. 6 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch den doppelten Schneckentrieb in der Ebene VI-VI der Fig. 1,

Fig. 7 ein Energieflußdiagramm herkömmlicher Verbrennungs­ motoren und

Fig. 8 ein Energieflußdiagramm des Triebwerks gemäß Erfindung.

Fig. 1 zeigt in einer Übersichtsdarstellung ein Triebwerk 101 das beispielsweise für den Antrieb eines Kraftfahrzeuges dient. Das nicht dargestellte Wechselgetriebe des Kraftfahrzeugs ist mit dem Triebwerk 10 über ein Zahnrad 12 verbunden, welches auf eine Welle 14 aufgezogen ist, die von dem Triebwerk 10 in Drehung versetzt wird. Die Welle 14 ist in dem Triebwerk 10 über drei Radiallager 16 gelagert.

Die für die Verbrennung im Triebwerk 10 benötigte Luft wird über einen Ansaugkanal 18 von einem Verdichter 20 angesaugt, wobei in den Ansaugkanal 18 ein Luftfilter 22 eingesetzt sein kann. Fig. 2 zeigt, daß der Verdichter 20 als Drehkolbenverdichter ausgebildet sein kann, dessen Rotor 24 auf der Welle 14 befestigt und exzentrisch zu dem zylindrischen Verdichtergehäuse 26 angeordnet ist. Die Messerschaufeln 28 des Rotors 24 werden bei dessen Drehung durch Fliehkraft gegen die Innenwand des Verdichtergehäuses 26 gedrückt und fördern die Luft vom Ansaugkanal 18 kontinuierlich in einen Druckkanal 30, wobei durch die stetige Verkleinerung der durch die Messerschaufeln 28 begrenzten Teilräume eine Verdichtung der Luft erfolgt.

Der Druckkanal 30 mündet, wie die Fig. 3 zeigt, in einen Ringraum 32, der in die Wandung 34 eines Gehäuses 36 eingear­ beitet ist und von dem sternförmig Luftkanäle 38 ausgehen, die in der gegenüberliegenden Wandung 34' des Gehäuses 36 zu axial gerichteten, äußeren Luftkanälen 40 führen.

In dem Gehäuse 36 ist ein Krafterzeuger 42 untergebracht, dessen Aufbau sich aus den Fig. 4 und 5 ergibt und nachstehend im einzelnen erläutert wird. Der Krafterzeuger 42 besteht im Aus­ führungsbeispiel aus zwei Diffusoren 44, deren Strömungsachse 46 tangential zum Rotor 24 ausgerichtet ist. Die beiden Diffusoren 44 sind auf einer rechtwinklig zur Strömungsachse 46 verlaufenden Führung 48 radial zur Achse des Rotors 24 ver­ stellbar angeordnet (vgl. Doppelpfeile in Fig. 4). Die Führungen 48 und damit auch die beiden Diffusoren 44 sind fest mit der Welle 14 verbunden und drehen sich mit dieser. Um die beiden Diffusoren 44 gleichzeitig radial verschieben zu können, ist zwischen dem Verdichtergehäuse 26 und dem Gehäuse 36 des Krafterzeugers 42 ein doppelter Schneckentrieb 50 angebracht, der in Fig. 6 dargestellt ist. Dieser hat einen innen und außen verzahnten Ring 52, dessen Außenverzahnung 54 mit den Gewindegängen eines axial verstellbaren Betätigungsbolzens 56 kämmt, der vom Fahrer des Kraftfahrzeuges über das Gaspedal in seiner Längsrichtung verschoben werden kann. Dabei verdreht er den Ring 52, dessen Innenverzahnung mit zwei Gewindebolzen 58 in Eingriff ist, welche in Fig. 4 zu erkennen sind. Diese verdrehen bei ihrer Drehverstellung jeweils eine Gewindespindel 60, die in das entsprechende Diffusorgehäuse 62 eingreifen und dieses radial zur Welle 14 verstellen. Dadurch wird der Hebelarm a zwischen dem Diffusor 44 und der Welle 14 verstellt, wodurch das vom Diffusor 44 erzeugte Drehmoment verändert wird.

Aus Fig. 1 geht weiter hervor, daß der Innenraum des Gehäuses 36 in den Innenraum eines Abgassammelgehäuses 64 übergeht, an welches mittig ein Auspuff 66 angeschlossen ist. In dem Abgas­ sammelgehäuse 64 sind parallel zur Achse der Welle 14 Wärme­ tauscherrohre 68 schlangenförmig angeordnet, von denen die radial äußeren Wärmetauscherrohre 68 mit den Luftkanälen 40 ver­ bunden sind, während die radial inneren Wärmetauscherrohre 68 in einen Längskanal 70 münden, der in die Achsmitte der Welle 14 eingearbeitet ist. Auf der gegenüberliegenden, dem Krafterzeuger 42 zugewandten Seite geht der Längskanal 70 in zwei radial aus­ gerichtete Kanalabschnitte 72 über, von denen jeder zu einem Brennraum 74 führt, der im zugeordneten Diffusorgehäuse 62 aus­ gebildet ist (vgl. Fig. 5).

In den Brennraum 74 mündet auch ein Zuführkanal 76 für Kraft­ stoff, der über einen achsmittigen Einlaßkanal 78 kontinuierlich eingespritzt wird.

Über die Welle 14 wird auch die Zündung des Kraftstoff- Luftgemisches in dem Brennraum 74 eingeleitet, wozu in der Welle 14 zwei Zündkabel 80 integriert sind, die mit einem Zündgitter 82 im Brennraum 74 verbunden sind.

Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß die vom Verdichter 20 zugeführte und komprimierte Luft beim Durchlauf durch die Wärmetauscherrohre 68 kontinuierlich erwärmt wird, da diese von den Abgasen im Abgassammelgehäuse 64 umströmt werden. Die in den Längskanal 70 der Welle 14 einströmende Luft ist damit bereits sehr weit aufgeheizt und wird im Brennraum 74 mit dem Kraftstoff vermischt und durch das Zündgitter 82 gezündet. Die heißen Gase des entzündeten Gemisches strömen anschließend über den jeweiligen Diffusor 44 in das Gehäuse 36, wo aufgrund des im Diffusor 44 erhöhten Druckes eine Schubkraft erzeugt wird, die in Abhängigkeit von dem Drehmoment, das von der Radialstellung des Diffusors 44 abhängt, die Welle 14 in Drehung versetzt und dabei das Antriebsmoment an das Zahnrad 12 abgibt.

Grundsätzliche Überlegungen des Erfinders

Die Erfindung unterscheidet sich hauptsächlich von den bekannten Triebwerken und Motoren durch die Energierückgewinnung aus den Abgasen. Deshalb sind eigentlich sechs Takte/Zyklen vorgesehen, nämlich:

• 1) Das Ansaugen von Luft;
• 2) Das Komprimieren dieser angesaugten Luft;
• 3) Das Erwärmen der angesaugten, komprimierten Luft und damit verbunden eine weitere Drucksteigerung. Dies geschieht durch einen Wärmetauscher aus den Abgasen (Energierückgewinnung);
• 4) Das Vermischen der erwärmten, komprimierten und druckge­ steigerten Luft mit Treibstoff, Zünden im Brennraum (kontinuierliche Verbrennung) ähnlich einem Raketenantrieb. Die Ringdüsen (Diffusoren) sind dabei variabel zum Zentrum angeordnet;
• 5) Das Entweichen der Gase aus dem Brennraum mit sehr hoher Ge­ schwindigkeit durch den Düsenhals, Entspannen in der Glocke (Diffusor), Auffangen der warmen Abgase und deren Zuführung zum Wärmetauscher (Energierückgewinnung);
• 6) Wärmeenergieabgabe der Abgase im Wärmetauscher und Austritt in die Abgasanlage (Auspuff).

Zum leichteren Verständnis sei eine Gegenüberstellung zu herkömmlichen Motoren, wie sie in der Automobilindustrie üblich sind, erlaubt.

Die Graphiken zeigen deutlich die gewünschte Wirkungsweise.

Ein weiterer Vorteil ist das variable Drehmoment aufgrund der verstellbaren Ringdüsen (Diffusoren) zur Mittelachse:
kleine Drehzahl = relativ hohes Drehmoment
große Drehzahl = relativ kleines Drehmoment.

Nahezu alle Motoren für Automobile und für Motorräder werden heute als Otto-Verbrennungsmotoren nach dem Viertakt- oder Zweitaktprinzip ausgeführt. Diese unterscheiden sich lediglich in der Anzahl der Zylinder (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12 oder mehr), in der Anordnung der Zylinder, z. B. in Reihe, V-Form, Boxer, Stern usw., oder in der unterschiedlichen Ventilzahl, ob zwei oder vier Ven­ tile je Zylinder.

Das Arbeitsprinzip all dieser Motoren ist im wesentlichen gleich, nämlich:
Ansaugen - Verdichten - Arbeiten - Ausstoßen.

Leider läßt der Wirkungsgrad, also das Verhältnis von nutzbarer Arbeitsenergie zu zugeführter Energie, sehr zu wünschen übrig. Der Wirkungsgrad liegt durchschnittlich bei lediglich ca. 35% (vgl. Fig. 7). Eine deutliche Verbrauchssenkung wurde in den letzten Jahrzehnten nicht erzielt. In Fig. 7 ist deutlich zu erkennen, daß das größte Potential, nämlich die Wärme, nicht in Antriebsleistung umgesetzt wird.

Unter den vorgenannten Gesichtspunkten ergibt sich folgende Überlegung:

Wie kann man die Wärme in einem Verbrennungsmotor zusätzlich nutzen und in Antriebsenergie umsetzen, und zwar direkt im System und nicht als Turbo, wo die Geschwindigkeit des ausströmenden Gases zur Verdichtung genutzt wird?

Da der Anteil für Hilfsaggregate relativ gering ist und nur unwesentlich verbessert werden kann, ist anzustreben, Arbeitsenergie aus der abgegebenen Wärme zurückzugewinnen. (Fig. 8).

Darüber hinaus ist die hin- und hergehende Bewegung des Hubkolbenmotors ein gravierender Nachteil, da jedesmal die Masse von der Geschwindigkeit Null im Totpunkt auf max. Beschleunigung hochgetrieben wird, um anschließend im anderen Totpunkt wieder auf Null abgebremst zu werden.

Zur Beschleunigung des Kolbens und auch zum Abbremsen ist Energie erforderlich. Ferner ist der dadurch verursachte, unruhige Lauf ebenfalls unerwünscht. Dieses Verhalten wird derzeit durch Gegengewichte an der Kurbelwelle ausgeglichen.

Die Takte Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen (4-Takt- Motor), also die Hin- und Herbewegungen, sind sicherlich besser durch eine Drehbewegung, und die Takte durch kontinuierliche Verbrennung, zu ersetzen.

Physikalische Überlegungen und ihre Anwendung

Die zur Zeit bekanntesten Verbrennungsmotoren sind der Otto- und der Dieselmotor im 4-Takt-Prinzip. Die größten Nachteile dieser Motoren sind:

• a) Hoher Wärme-Energieverlust;
• b) Hin- und Herbewegung mit den damit verbundenen Verlusten sowie der unruhige Lauf;
• c) Geringes Drehmoment bei niedriger Drehzahl.

Diese Nachteile sollten soweit als möglich vermieden und die Vorteile des Verbrennungsmotor, besonders seine mobile Ein­ satzmöglichkeit, genutzt werden.

Ziel der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor zu entwickeln und zu konstruieren, der im Prinzip eine Drehbewegung ausführt, eine Wärmerückgewinnung beinhaltet und bei geringer Drehzahl ein hohes Drehmoment aufweist.

Zahlreiche Überlegungen und Grundkonstruktionen scheiterten zunächst: Drehbewegung ja, aber wie? Ähnlich einer Turbine? Aber so etwas gibt es ja schon. Und dann die Wärmerückgewinnung, wie soll diese realisiert werden? Das Prinzip Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen mußte in irgendeiner Form verändert werden.

Grundsatzüberlegung

• 1) Die Ansaugung als erster Schritt ist nicht zu ändern.
• 2) Anschließend muß die Luft komprimiert/verdichtet werden.

Aber nach dem Verdichten muß etwas Neues geschehen!
Die Überlegungen gehen dahin, die Wärme auszunützen, um den Druck zu erhöhen, und zwar nach dem Verdichten. Wenn man einen Behälter mit komprimierter (verdichteter) Luft füllt, dann verschließt und anschließend erwärmt, steigt der Luftdruck an! Auch muß das Verdichtungsverhältnis bei dieser Voraussetzung nicht so hoch wie sonst bei Otto-Motoren sein. Dadurch verringert sich die notwendige Verdichterleistungsenergie, die zugeführte Leistung.

• 3) Neuer Takt:
  Die komprimierte Luft ist zu erwärmen, die Rückströmung zu verhindern. Die Grundidee besteht nun darin, die Abwärme für diesen neuen Takt zu verwenden.
• 4) Arbeitstakt/Arbeitsvorgang
• 5) Ausstossen
• 6) Neuer Takt:
  Die ausgestoßenen Abgase mit hoher Abwärmekapazität auszunützen, um die komprimierte Luft (neuer Takt 3) zu erwärmen! Der Motor gemäß der Erfindung hat daher:
• a) Nur eine reine Drehbewegung, keine hin -und hergehende Bewe­ gung.
• b) Durch die Wärmerückgewinnung findet eine bessere Kraftstoff- und damit Energieausnützung statt, d. h. es ist eine erhebliche Kraftstoffeinsparung bei gleicher Leistung zu erwarten.
• c) Die Konstruktion ist so aufgebaut, daß bei geringer Drehzahl ein relativ größeres Drehmoment entsteht als bei hoher Drehzahl.
• d) Es handelt sich somit eigentlich um ein Triebwerk und nicht mehr um einen Motor.

Die neue Taktaufteilung in sechs Schritten ist auch auf andere Triebwerke übertragbar, z. B. für Flugtriebwerke.

Prinzip des Triebwerks

Der Motor wird, wie alle bekannten Verbrennungsmotoren, durch einen elektrischen Anlasser gestartet, das heißt, der Motor muß in Drehung gebracht werden.

• A) Der Drehschiebeverdichter saugt durch die Rotation Außenluft über den Luftfilter durch seine exzentrisch angeordneten Räume an und verdichtet die Luft:
  

Da nur eine sehr geringe Temperaturzunahme der angesaugten Luft durch Reibung vorhanden ist, kann vereinfacht gesagt werden:

V1 × p1 = V2 × p2

Das Verdichtungsverhältnis soll nicht zu hoch gewählt werden, da sonst die erforderliche Antriebsleistung dafür ebenfalls hoch ist.

• B) Die verdichtete Luft wird um den Ringraum geleitet. Das ge­ schieht einerseits zur Kühlung des Ringraumes und andererseits zur Wärmeenergieaufnahme der verdichteten Luft; diese Wechselbeziehung ist sehr erwünscht.

Bei der Aufsplittung des Verdichterkanals in mehrere Einzelkanäle ist darauf zu achten, daß sich der zur Verfügung stehende Querschnitt nicht ändert, also die Summe der Einzelquerschnitte so groß ist wie der Verdichterabgang. Der Sinn liegt darin, durch Wärmeenergiezufuhr den Druck der ver­ dichteten Luft nochmals zu steigern. Gleicher Querschnitt deshalb, da eine Erweiterung einen Druckabfall zur Folge hätte.

Die verdichtete Luft kühlt zum hohen Teil das Gehäuse, in dem sich der Antrieb durch die Düsen (Diffusoren) bewegt. Durch die Wärmeaufnahme steigt bereits der Druck der verdichteten Luft an.

Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, wird die verdichtete und bereits erwärmte Luft noch durch einen Wärmetauscher geführt. Dadurch steigt die Energie der verdichteten Luft, da Wärme aus den Abgasen zurückgewonnen wird. Die Temperatur und damit der Druck steigen erheblich.

Es muß weniger Verdichtungsenergie investiert werden, und es er­ folgt Energierückgewinnung aus den Abgasen.

Durch den Wärmetauscher werden die Abgase abgekühlt.

Um hohe Temperaturen und dadurch einen hohen Druck zu erreichen, ist der Wärmetauscher im Gegenstromprinzip konstruiert.

Die Wärmeaufnahme geschieht in sehr kurzer Zeit.

Die verdichtete Luft wird von der Außenseite des Tauschers nach innen über Rohrleitungen mit aufgepreßten Wärmeleitlamellen in das Zentrum (Mittelrohr mit Längskanal) geführt.

• C) Im Mittelrohr (Längskanal in der Welle) wird die verdichtete, dann erwärmte und dadurch druckgesteigerte Luft dem Zentrum der Kammer zugeführt. Über Verteilrohre im Ausführungsbeispiel zwei Stück, wird die Luft nun den Brennräumen in den Ringdüsen (Diffusoren) zugeführt.

Der Düsenabstand (Diffusorenabstand) zum Zentrum ist variabel.

Wichtig ist, daß vor dem Eintritt der Luft in den Brennraum eine Rückschlagsicherung vorhanden ist, da im Brennraum durch die Verbrennung eine hohe Drucksteigerung stattfindet, die sich sonst rückwirkend auf das gesamte Wärmetauschersystem auswirken würde.

Direkt vor dem Eintritt in den Brennraum wird die Luft mit dem Brennstoff zum Brenngas vermischt.

• D) Im Brennraum findet eine kontinuierliche Verbrennung statt. Dabei steigt der Druck des Gases auf den Maximalwert.

Durch den Düsenhals entweicht das Abgas mit sehr hoher Geschwin­ digkeit und wird im Diffusor (Glocke) entspannt.

Es gilt die allgemeine Impulsgleichung.

m1 × v1 = m2 × v2

Da der Abstand der Düsen (Diffusoren) zum Zentrum variabel ist, ändern sich das Drehmoment und die Drehzahl bei Verstellung. Sind die Diffusoren weit vom Zentrum entfernt, ist der Weg = Umlaufbahn groß, d. h. geringe Drehzahl, aber hohes Drehmoment. Sind die Diffusoren jedoch nahe am Zentrum, ist der Weg = Umlaufbahn klein, d. h. hohe Drehzahl, aber in Relation zur langsamen Drehzahl kleines Drehmoment. Durch das höhere Verbrennungsvolumen (max. Drehzahl) wird dies jedoch ausgeglichen.

Es steht fest, daß bei kleiner Drehzahl ein verringertes Volumen durch den Verdichter angesaugt wird und durch die relativ längere Verweildauer im Wärmetauscher eine bessere Wärmerückgewinnung stattfindet.

Entscheidend sind auch die bewegten Massen und die Reibungsverluste.

• E) Die Abgase werden im Sammelgehäuse aufgefangen, durch die außen an diesem vorbeigeleitete, verdichtete Luft zum Teil abgekühlt und gelangen dann in den eigentlichen Wärmetauscher. Dort findet die Wärmeübertragung wie im Abschnitt (B) beschrieben, statt.

Über außenliegende Bohrungen am Austrittsflansch gelangt das Abgas in die Auspuffanlage.

Claims (11)

1. Triebwerk, umfassend einen Verdichter zum Ansaugen und Komprimieren von Luft, der einen Rotor mit einer Welle aufweist und mit einem Brennraum zum Verbrennen der mit Kraftstoff vermischten und verdichteten Luft verbunden ist, sowie einen an den Brennraum anschließenden Krafterzeuger zum Antreiben des Rotors und zur Abgabe von Nutzarbeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafterzeuger (42) aus wenigstens einem Diffusor (44) besteht, dessen Strömungsachse (46) tangential zum Rotor (24) ausgerichtet ist.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (14) des Rotors (24) wenigstens zwei achssymmetrisch angeordnete Diffusoren (44) angebracht sind.

3. Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (44) radial zur Achse des Rotors (24) verstellbar ist.

4. Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (74) im Diffusor (44) integriert ist.

5. Triebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Diffusors (44) ein Zuführkanal (76) für den Kraftstoff ausgebildet ist.

6. Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (14) einen in ihrer Achsmitte liegenden Längskanal (70) für die Zuführung der verdichteten Luft hat, der in einen radial ausgerichteten Kanalabschnitt (72) übergeht, welcher in den Brennraum (74) mündet.

7. Triebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafterzeuger (42) in einem koaxial zu der Welle (14) ausgebildeten Gehäuse (36) untergebracht ist, dessen Wandung (34) gleichmäßig verteilte Luftkanäle (38) zur Weiterleitung der komprimierten Luft vom Verdichter (20) zu dem Längskanal (70) in der Welle (14) aufweist.

8. Triebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Längskanal (70) mit den Luftkanälen (38) über Wärmetauscherrohre (68) verbunden ist, welche in einem Abgassammelgehäuse (64) angeordnet sind, dessen Eingang mit dem Gehäuse (36) des Krafterzeugers (42) verbunden ist und dessen Ausgang zu einem Auspuff (66) führt.

9. Triebwerk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkanäle (38) im Gehäuse (36) des Krafterzeugers (42) sternförmig angeordnet sind.

10. Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (20) als Drehkolbenverdichter ausgebildet ist.

11. Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Radialverstellung des mit dem Rotor (24) umlaufenden Diffusors (44) ein doppelter Schneckentrieb (50) mit einem innen und außen verzahnten Ring (52) vorgesehen ist, dessen Außenverzahnung (54) mit einem axial verstellbaren Betätigungsbolzen (56) kämmt und dessen Innenverzahnung mit einem Gewindebolzen (58) in Eingriff ist, der bei Drehverstellung eine Radialverschiebung des Diffusors (44) herbei führt.