DE4230750C2 - Schleudermotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Aufbau für einen Verbrennungs­ motor gemäß den Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige kombinierte Verbrennungsmotoren sind beispiels­ weise aus der DE-OS 28 38 601, aber auch aus dem Japanischen Abstract JP 63-230 925 (A) bekannt.

Die heute im Einsatz befindlichen Kolbenmotoren und Gastur­ binen sind voll durchkonstruiert, der Höhepunkt des Wirkungs­ grades ist offensichtlich erreicht.

Beim Kolbenmotor liegt es an seinen Kurbelsystem-Ventilen und Wärmeverlusten. Bei den Gasturbinen sind es 50% im hohen Umdrehungsbereich arbeitet und dabei der Verdichtungsdruck unter 10 kp² liegt. Der Schleudermotor kann mit flüssigem und gasförmigen Brennstoff betrieben werden (möglich auch Wasserstoff). Sein Wirkungsgrad wird bei 55% und höher liegen. Dieses geschieht einmal durch drei unterschiedliche vonein­ ander abhängigen Verdichtungsarten mit Druckluftkühlung, was zu hoher Schubkraft führt. Die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der rotierenden Rückstoßdüsen kann im Bedarfsfall die Schallgeschwindigkeit überschreiten sowie den Schubdruck über 20 kp/cm² steigern. Die ausströmenden Rückstoßgase und die Zwangskühlung wird in der speziellen angebauten kombinierten Niederdruckturbine voll ausgenutzt. Durch die neue Konstruk­ tionsart der Flexionsringe werden die Schleifwiderstände, bedingt durch Zentrifugalkräfte stark herabgesetzt, wodurch die Laufleistungen der Kolbenmotore übertroffen werden. Der Schleudermotor kann bei allen mittleren und größeren Ver­ brennungsmotoren und Gasturbinen (außer bei Strahlflugzeuge) eingesetzt werden.

Die Erfindung des Schleudermotors ist in seiner Arbeitsweise für kombinierten Verbrennungsmotor mit rotierenden Verdich­ tungen und Verpuffung als Rückstoßmotor nutzbar. Sie betrifft den Kolbenmotor mit seinen nachhaltigen Kurbelsystem-Ventilen und Wärmeverlusten, sowie das Arbeitssystem der Gasturbine mit seiner 50%igen Aufwendung der Verdichtung, welche nur mit hohen Umdrehungen und niedrigem Arbeitsdruck betrieben wer­ den kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau für einen kombinierten Verbrennungsmotor anzugeben, womit eine Wirkungsgradverbesserung gegenüber den bekannten Kolben­ motoren und Gasturbinen erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen System sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Der erfindungsgemäße Schleudermotor kann mit flüssigem und gasförmigem Brennstoff betrieben werden. Die Luft wird über einen Luftfilter angesaugt und in der kombinierten Nieder­ druckturbine (1) außenseitig vorverdichtet. Danach wird sie im Luftkühler (3) gekühlt und erreicht dann den Schleuder­ motor, wo sie axial nochmals (4) verdichtet wird. In den Ver­ jüngungskanälen (5) wird die Luft um 90° von der Achse abge­ leitet und separat zu den einzelnen Kugelklappen (6) oder Brennkammer gedrückt. Beim Übergang zu den einzelnen Kugel­ klappenmotoren wird die Luft aufgeteilt.

• a) Zum Füllen der einzelnen Zellen gelangt der größte Teil in die Kugelklappenmotore.
• b) Der andere Teil der Druckluft wird zum Kühlen der Motore in einer Hülle (7) außen herumgeführt, was einer Zwangskühlung entspricht.

Im Bereich der Verjüngungskanäle (5) bis hin zum Kugelklap­ penmotor (6) ist es aus ökonomischen Gründen sowie aus funk­ tioneller Sicht erforderlich, für den Bereich des Anfahrens den Leerlauf bis hin zur Halblast über eine mechanische Regelung für die Druckluftregulierung aufrechtzuerhalten. Diese befindet sich vor jedem Kugelklappenmotor (6), wo die Luft aufgeteilt wird und sich temperaturabhängig regelt. Kalt gleich geschlossen - die gesamte Druckluft durchläuft den Innen­ raum des Kugelmotors. Mit steigender Temperatur wird das Ther­ mostat (20) in Verbindung mit einem Metallhahn durch 1/4- Drehung gesteuert - geöffnet, die Zwangskühlung beginnt und wird je nach Bedarf-Betriebstemperatur-weiter geöff­ net oder geschlossen. Die schnellen heißen Druckgase verlas­ sen dann den Explosionsraum über Schlitze und werden in der Schubdüse (9) als Rückstoß in eine Drehbewegung umgesetzt. Durch das Umleiten der Gase in den feststehenden Teil der Gleitbleche (11) wird die Restleistung im Abgasturbo (2) ge­ nutzt. Die Abgase durchlaufen zum Schluß einen Filter und treten dann ins Freie aus. Jeder Schleudermotor hat mehrere Kugelklappenmotore.

Der erfindungsgemäße Schleudermotor ist sehr wirtschaftlich, bedingt durch folgende Eigenschaften:

• - Die Verdichtung der Luft wird in drei Etappen durchge­ führt, was die Arbeitsleistung als Rückstoß steigert,
• - Eine Achsumdrehung im Kugelklappenmotor entspricht drei Füllungen mit drei Verbrennungen und drei Schubleistungen bei drei freilaufenden Klappen,
• - Durch Mitnutzung der Zwangskühlung,
• - Durch die nicht starr verbundenen einzelnen Aggregate hat er einen sehr variablen, leistungsstarken Drehbereich,
• - Durch einfache direkte Einspritzung läßt sich im Leerlauf sowie im Halblastbereich Brennstoff einsparen. Bsw. durch Einsparung an Brennstoff Nichteinspritzung von zwei Kugel­ klappenmotoren bei vier vorhandenen,
• - Jede zweite Einspritzung wird unterbrochen, wodurch es zu einer Überspülung der Kugelklappenmotore kommt und vor­ handene Wärmeenergie mit aufgenommen und genutzt wird,
• - Durch die Zwangskühlung der Kugelklappenmotore wird die abgeleitete Wärmeenergie durch Zentrifugalkraft in den Abgasturbo mit genutzt.

Das Anfahren des Schleudermotors geschieht nach dem Vor­ glühen durch einen Anlasser. Es wird nur das Kernstück in Bewegung gesetzt. Im Anfahrprozeß wirken schon die Flieh­ kräfte auf die freilaufenden Klappen und drücken sie nach außen, bedingt nur in einer Richtung-hervorgerufen durch die Rücklaufsicherung. Zum anderen drückt die Frischluft auf die Klappe, welche durch den Verdichter (4) erzeugt wird. Nach und nach entsteht ein immer größeres Luftpolster bis zur Verdich­ tung und der ersten Zündung. Nach dem Erreichen des selb­ ständigen Laufes wird der Anlasser abgestellt.

Zu jedem Kugelklappenmotor gehören drei oder mehr freilau­ fenden halbrunde Klappen (8), wobei eine Klappe fest mit der Achse (12) verbunden ist. Dadurch entsteht zwischen den anderen Klappen und der Achse nur ein kleiner Laufunterschied, bedingt durch die zwangsläufige Raumveränderung. Diese Raumverände­ rung entsteht durch das Zusammenspiel von Zentrifugalkraft des Schleudermotors, der Explosionskraft (Druck nach allen Seiten) sowie der Schwungkraft der Klappen. Die eine Klappe beschleunigt zum Rundlauf, was gegen die Zentrifugalkraft läuft, aber dafür der Ladedruck positiv einwirkt.

Die andere Klappe wird gebremst, was zur Verdichtung als Gegendruck gebraucht wird, welcher durch die 3. Klappe nach außen laufend zur weiteren Verdichtung führt.

Die Einspritzpumpe (10) befindet sich bei jedem Kugelklappen­ motor auf der oberen Außenseite, bedingt durch die Fliehkräfte und den Explosionsraum. Bei jedem Durchlauf der Klappe wird über Gleitkeil-Feder-Stößel die Einspritzpumpe betätigt. Die zweite Funktion der Rückholfeder dient zur Sicherung der maximalen Umdrehung, weil hier ebenfalls die Zentrifugalkräfte wirken und sie bei Erreichen des Maximums außer Kraft setzen.

Das Abdichten der freilaufenden halbrunden Klappe (8) wird durch einen Flexionsring (13) verbessert.

Der Flexionsring ist in einer Nute der halbrunden Klappe (8) eingelegt. Er hat eine feste Verbindung über ein Stahlseil, Umlenkrolle (21) zum Gegengewicht (22). Durch diese flexible Funktion werden die vorhandenen Zentrifugalkräfte zwischen Flexionsring und Gegengewicht stark abgebaut. Dadurch wird der Verschleiß von Flexionsring und Innenraum stark herab­ gesetzt. Somit wird eine Laufzeitverlängerung bewirkt. Dieses System ist in jeder halbrunden Klappe eingebaut und arbeitet separat. Desweiteren ist der Flexionsring auf der nicht be­ lasteten Seite mit einer Kupferschicht überzogen. Durch die oben beschriebene schwache Abnutzung der Innenseiten der Kugelklappenmotore, wird nur eine minimale Kupferschicht aufgebracht, was wiederum für ein besseres Gleiten sorgt.

Bezugszeichenliste

1 Vorverdichter
2 Abgasturbo
3 Luftkühler
4 Verdichter
5 Verjüngungskanäle
6 Kugelklappenmotor
7 Zwangskühlung
8 Halbrundklappen
9 Schubdüse
10 Einspritzpumpe
11 Gleitbleche
12 Kugelachse
13 Flexionsring
14 Hohlwelle
15 Regelung
16 Antriebswelle
17 Röhrenachse
18 Glühzone
19 Rotierender Gasbrenner mit Schubdüse
20 Thermostatregler
21 Umlenkrolle
22 Gegengewicht
23 Schall-Wärmeschutz
24 Lager

Claims (7)

1. Aufbau für kombinierten Verbrennungsmotor mit Vorverdich­ tung, Querschnittsverengungen, mit am Ende angebrachtem Kugelklappenmotor mit Schubdüse, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelklappenmotor so geformt bzw. gebaut ist, daß eine zweistufige (1 und 4) Verdichtung stattfindet und erst dann die Verpuffung als Rückstoß in der Schubdüse (9) in Drehbewegung umgesetzt wird.

2. Verbrennungsmotorenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verpuffung in der Schubdüse (9) derart abläuft, daß hierbei die rotierenden Kugelklappenmotore (6) mit freilaufenden, halbrunden Klappen (8) und halbrunden Flexionsringen (13) ausgestattet sind, welche bei Verschleiß durch die Fliehkräfte nach außen rutschen.

3. Verbrennungsmotorenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hohlwelle (14) mit ihren Gleitblechen still steht und der Vorverdichteraußenring (4) sich mit seinen Gleitblechen dreht und die Luft verdichtet.

4. Verbrennungsmotorenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die röhrenartige Mittelachse (17) sich mit ihren Gleitblechen an dem Außenring des Schleudermotors dreht und sich dabei auf der Innenseite (2) die Gase ent­ spannen, während auf der Außenseite (1) Luft verdichtet wird.

5. Verbrennungsmotorenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der flüssige Brennstoff durch eine rotierende Glühzone (18) im Kugelklappenmotorraum zur Verbrennung kommt.

6. Verbrennungsmotorenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Betrieb auftretende Zentrifugalkräfte über eine Umlenkrolle (21) und bewegliche Gegengewichte (22) fast aufgehoben werden.

7. Verbrennungsmotorenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bedingt durch den einseitigen Lauf die nicht belastete Seite der Flexionsringe (13) mit einer Kupfer­ auflage versehen ist.