DE2544015A1

DE2544015A1 - Verzoegernd expandierende antriebsmaschine

Info

Publication number: DE2544015A1
Application number: DE19752544015
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: CHAPMAN HOWARD R
Current assignee: CHAPMAN HOWARD R
Priority date: 1974-10-02
Filing date: 1975-10-02
Publication date: 1976-04-08
Also published as: JPS5162208A; IT1077049B; FR2369417A3

Description

=»ATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OO ESSEK 1 · AM RUHRSTEIN 1 ■ TEL.: (0201) 4126 Seite C 45

Howard R. Chapman Hidden Hills, Californien, V.St.A

Verzögert expandierende Antriebsmaschine

Seit der Konzeption der ersten Brennkraftmaschine durch Reverand W. Cecil.. (1821), bei der im Versuchsstadium .. noch eine Mischung aus Wasserstoff und Luft zur Explosion gebracht wurde, haben Brennkraftmaschinen eine stürmische Entwicklung durchlaufen, und zwar bis zu der brauchbaren, jedbclmechanisch komplizierten heutigen Ausbildung. Im Zuge der Weiterentwicklung für Autoantriebe und andere Anwendungsfälle wurde die Brennkraftmaschine zur gegenwärtig meist verwendeten E ergiequelle.

Di.ese für die Menschheit außerordentlich nützliche Entwicklung ist jedoch nicht ohne entsprechend gravierende Probleme geblieben. Mit Zunahme der Zahl von Motoren stieg auch der Bedarf an höheren Abtriebsleistungen· Es ist heute durchaus üblich, daß Kraftfahrzeuge eine Leistung von mehr als 300 PS haben. Mit zunehmender Leistung stieg auch die mechanische Kompliziertheit der Maschine. Dadurch ergaben sich höhere Wartungsanforderungen, der Bedarf an besseren Materialien und beträchtlich höhere . roduktioTis- und Wartungskosten.

Schwerwiegender jedoch als die mechanische Kompliziertheit und die Kosten derartiger Maschinen sind die Leistungseinbußen und die sich dadurch ergebende Multiplikation der schädlichen Abgase. Während der vergangenen Dekaden hat die

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starke Zunahme der Zahl von in Betrieb befindlichen Verbrennungsmaschinen mit deren geringer Energieausbeute ein anderes Problem in den Brennpunkt des Interesses gerückt, nämlich die atmosphärische Verschmutzung. Diese atmosphärische Verschmutzung aus bekannten Verbrennungsmaschinen wurde zu einer Bedrohung der Volksgesundheit in der Welt. Darüberhin— aus führt der zunehmende Energiebedarf vor allem im Hinblick auf den schlechen Wirkungsgrad der Antriebsmaschinen rasch zu einer unerwünschten Abnahme der Ölvorräte in der Welt. Der Ölverbrauch betrug im Jahre 1960 etwa 120 Millionen hl. Für das Jahr 1990 wird ein Ölverbrauch von etwa 600 Millionen hl erwartet. Es sind daher Maßnahmenair Erhaltung der Ölvorräte in der Welt notwendig. Hierfür gibt es vor allem drei Möglichkeiten: (a) es müssen neue Energiequellen gefunden werden; (b) der Wirkungsgrad von Ölbrennäboffe verwendenden Maschinen muß beträchtlich verbessert werden; oder (c) der Energieverbrauch muß drastisch gekürzt werden.

Die Annahme einer Konsumverminderung an Energie ist· keine realistische Möglichkeit; obwohl die Entwicklung neuer Energiequellen, z.B. der Nuklear- oder Solarenergie, eine Möglichkeit ist, ist die Herstellung von mit derartigen Energien arbeitenden Antriebsmaschinen für den allgemeinen Gebrauch in naher Zukunft unwahrscheinlich. Der praktikabelste und vielversprechenste Weg der Energieeinsparung liegt daher in der Verbesserung des Wirkungsgrads von den mit Ölbrennstoff betriebenen" Maschinen.

Von Bedeutung ist, daß der Wirkungsgrad von Brennteftmaschinen nach prozentualer Bremsleistung in direkter Beziehung zu den Verschmutzungseigenschaften der betreffenden Maschine steht. Es ist daher zu erwarten, daß eine Verbesserung des Maschinenwirkungsgrads auch zu entsprechenden Verringerungen der Atmosphärenverschmutzung führen wird. '■*

Eine Maschine mit hohem Wirkungsgrad führt tatsächlich zu einer geringeren Atmosphärenverschmutzung als eine solche mit niedrigerem Wirkungsgrad, da weniger Brennstoff bei gleicher

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zur Verfügung gestellter Leistung verbraucht wird..

Die Erfindung wendet sich daher der Rahmenaufgabe zu, den Wirkungsgrad von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Antriebsmaschinen zu verbessern.

Schlechte Wirkungsgrade ergeben sich auch bei der Ausnutzung von zur Verfügung stehender Wärmeenergie. Dies hat dazu beigetragen, daß nach der derzeitigen Praxis nahezu die gesamte in der Maschine erzeugte Wärme mit Ausnahme der zur teil— weisen Expansion der Verbrennungsgase benutzten Wärmeenergie, ungenutzt abgeleitet wird. Bei der Erfindung soll dieser, bisher ungenutzt geHiebene Teil der erzeugten Wärme zur Erhöhung des Wirkungsgrades ausgenutzt werden.

Eine weitere Ursache für den schlechten Wirkungsgrad herkömmlicher Brennkraftmaschinen liegt in der unvollständigen Verbrennung. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades soll daher die erfindungsgemäße Antriebsmaschine so ausgebildet sein, daß der Brennstoff möglichst weitgehend verbrannt wird, irodemdurch einen unmittelbaren Kontakt der Brennstoff- und Luftmoleküle

verbrenn

während des gesamten- '. /ungsprozesses ein Abblasen, teilweise unverbrannter Kohlenwasserstoffe vermieden wird. Ab— , gase, wie Schwefeldioxid, Bleiverbindungen und Stickoxide sind mit dem Problem der Luftverschmutzung unmittelbar verbunden. Ein besonderes Problem stellen dabei die Stickoxide dar. Bei dem erfindungsgemäßen System sind die baulichen und funktionellen Charakteristiken so vorgesehen, daß die Stickoxidemission in die Atmosphäre reduziert wird. Für das Verständnis der Erfindung ist die Feststellung wichtig,: daß Stickstoffoxid nur sehr schlecht in Wasser löslich ist. Wenn demgegenüber Stickstofipsmactmit Wasser in Kontakt gebracht wird, zerfällt er in eine wässerige Lösung aus sJalpetriger Säure und Salpetersäure.

Die volle Bedeutung dieser Tatsacheiyin Bezug auf die vorliegende Erfindung ergibt sich nach Kenntnis des Aufbaus und der

Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems. Zunächst genügt die Feststellung, daß durch die Erfindung diese Tatsachen dazu ausgenutzt werden, um schädliche Abgase des Systems weitgehend zu eliminieren.

Durch die Erfindung gelingt es ferner, ein Antriebssystem zur Verfugung zu stellen", bei dem die Eigenschaften bezüglich des Schadstoffausstosses kontrollierbar bzw. steuerbar sind..

Außerdem soll der thermische Wirkungsgrad und die Ausbeute der zur Verfugung stehenden Brennstoffenergie gegenüber herkömmlichen Benzin- und Diesel-Brennkraftmaschinen wesentlich verbessert werden. Erfindungsgemäß wird eine Antriebsmaschine mit die Expansion verzögernden Eigenschaften vorgeschlagen, bei der eine oder mehrere Expansionskammern neben und getrennt von den Verbrennungsgasexpansionskammern angeordnet sind, aus deren Lage die nutzbare Arbeit aus den Brenngasen abgeleitet wird. Die Verbrennung wird in diesen relativ entfernten Brennkammern eingeleitet und abgeschlossen, wodurch bisher bei Systeneyvon vergleichbarer Art unerreichbare Verbrennungs— Wirkungsgrade erzielt werden.

Die Brennkammer und die Ventile werden mit Wasser oder einem anderen geeigneten Kühlmittel in einem die Brennkammer umgebenden Kühlmantel gekühlt. Das in dieser Weise verwendete Kühlmittel, das im folgenden als Wasser bezeichnet wird, wird von den Maschinenteilen und dem Brennkammergehäuse auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um das Wasser in Dampf umschlagen zu lassen, wenn es in einen die Brennkammer umgebenden Wassermantel eingeleitet wird. Eine weitere Kühlung der Brennkammer überhitzt den Dampf.

Durch geeignete Ventilanordnungen werden die Brenngase und der überhitzte Dampf aus der Brennkammer bzw. dem Wassermantel in eine erste oder primäre Expansionskammer geleitet, in der die Dampf/Brennstoff-Kom ination zur Gewinnung der ersten Stufe

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-S-

einer brauchbaren Ausgangsleistung expandiert wird.

Nach der anfänglichen Expansion der Dampf/Brennstoff-Kombination in der primären Expansionskammer wird die restliche teilexpandierte Mischung in zwei sekundäre Expansionskammern geleitet, die auf beiden Seiten der primären Expansionskammer angeordnet sind. In diesen sekundären Expansionskammern wird die Gasmischung weiter expandiert, um einen hohen prozentualen Anteil der zur Verfügung stehenden Energie durch nahezu Totalexpansion dieser Gase zu gewinnen. Eine die primären und sekundären Expansionskammern miteinander verbindende gemeinsame Abtriebswelle bildet den Ausgang für die so gewonnene Leistung bzw. Energie.

Bei dem Gesamtsystem nach der Erfindung sind zwei Antriebsquellen der zuvor beschriebenen Art, nämlich eine Primärantriebsquelle als Hauptantrieb und eine Sekundärantriebsquelle zur Unterstützung der Primärmaschine beim Antrieb der Last und/oder für gewisse Hilfsausrüstungen vorgesehen. Diese Antriebsquellen sind in geeigneter Weise mit einem Wärmetauscher system und einer Vorrichtung zum Auffangen von Verunreinigungen verbunden und stehen mit einem Sterter, einem Überverdichter, einer Pumpe, Zuführeinrichtungen und anderen Vorrichtungen in Verbindung, die für die Funktionen des Gesamtsystems erforderlich sind.

Mit Hilfe dieses mit verzögerter Expansion arbeitenden Antriebssystems wird eine wesentlich erhöhte Leistungsausbeute und damit ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht und der Anschluß von Abgas-Steuergeräten überflüssig gemacht. Das erfindungsgemäße System ist kompakter Bauweise realisierbar und geeignet, anstelle von herkömmlichen Verbrennungsmaschinen in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen insbesondere dort eingesetzt zu werden, wo die Größe, das Gewicht und hohe Ausgangs drehmoment e von großer Bedeutung sind. Bei .dem erfindungs-· gemäßen System werden komplizierte Zündsysteme vermieden. Das System hat ausgezeichnete Beschleunigungseigenschaften; dabei

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sind die Relativgeschwindigkeiten von benachbarten bewegten Teilen im Vergleich zu gewöhnlich«zulässigen Geschwindigkeiten gering. Die Verbrennung der Brennstoffe erfolgt in einem besonders konstruierten Verbrennungsraum vor der Ausnutzung der Verbrennungsprodukte bei der Gewinnung nutzbarer Energie.

Als Antriebsquelle findet vorzugsweise eine Rotationsmaschine Verwendung, jedoch können Hubkolbenvorrichtungen in dem Gesamtsystem zusätzlich verwendet werden.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Grundsystems der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht mit hin- und hergehenden Leistungskomponenten (Kolben);

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf eine

Rotationsmaschinenanordnung nach der Erfindung ;

Fig. 4 eine Explosionsansicht der Rotationsmaschinenanordnung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittansicht der Rotationsmaschinenanordnung entlang der Schnittlinie 5-5 der Fig. 3;

Fig. 6 einen Längsschnitt der Rotationsmaschinenan— Ordnung entlang der Schnittlinie 6-6 der Fig. 3 mit weggebrochenen Teil;

Fig. 7 eine Querschnittansicht durch eine Ventilplatte entlang der Schnittlinie 7-7 in Fig. 6, wobei Teile weggebrochen sind, um eine zweite Ventilplatte darzustellen;

Fig·· 8 eine Querschnittansicht eines typischen Ventils aus Fig. 7;

Fig. 9 eine vergrößerte Teilschnittansicht durch eine Rotor- und Schaufelanordnung entsprechend dem Kreis 9 in Fig. 5;

Fig.10 eine Ansicht auf eine Schaufel bzw. einen Flügel entlang der Schnittlinie 10-10 in Fig. 9 nach Drehung um 90 °und mit weggebrochenen Teilen zur Verang^^gl^gtyuijig ^r Ausbildung;

Fig. 11 eine Draufsicht auf einen Flügel gemäß

Fig. 10 in Richtung der Pfeile 11-11 mit einem weggebrochenen Teil;

Fig. 12 eine Schnittansicht auf einen Teil des Flügels entlang der Linie 12-12 in Fig. 10;

Fig. 13 eine Ansicht entlang der Linie 13-13 der Fig. 10;

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht des die Schaufel tragenden Schuhs;

Fig. 15 eine teilweise geschnittene vergrößerte Ansicht entlang der Linie 15-15 in Fig. 9;

Fig. 16 eine weitervergrößerte Schnittansicht der in Fig. 15 mit dem Pfeil 16 bezeichneten Zone;

Fig. 17 eine Draufsicht auf einen typischen Brennraum nach der Erfindung mit weggebrochenen Teilen;

Fig. 18 eine Schnittansicht des Brennraums nach Fig. 17;

Fig. 19 eine Draufsicht auf den Brennraum in Richtung der - Pfeile 19-19 der Fig. 17 mit weggebrochenen Teilen;

Fig. 20 eine schematische Darstellung des gesamten Antriebssystems nach der Erfindung unter Einbeziehung der Rotationsmaschinenteile;

Fig. 21 eine Ansicht auf einen erfindungsgemäß verwendeten Wärmetauscher;

Fig. 22 einen vergrößerten Schnitt durch einen Flaiischbereich;

Fig. 23 und 24 Brennstoffenergie-Verteilungsdiagramme von Brennkraftmaschinen; und

Fig. 25 ein Brennstoffenergie-Verteilungsdiagramm des erfindungsgemäßen Maschinensystems.

Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit einem besonderen System beschrieben, das eine Vielzahl von selektiv kombinierten Komponenten enthält. Die verschiedenen Komponenten können in ihrer nachfolgend noch beschriebenen, Systembezogenen Anordnung zueinander im Rahmen des Erfindungsgedankens abgewandelt oder in weiterem Umfang verändert werden. Dies vor allem in dem Sinne, daß das System auf bestimmte Anwendungsfälle zugeschnitten wird.

Der mit verzögerter Expansion arbeitende Brennraum ist das

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Herz des erfindungsgemäßen Systems. Die Konstruktion und die Funktion des Brennraums gewährleisten die angestrebte vollständige Verbrennung der Brennstoffe im Antriebsmaschinensystem und löst dadurch die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe.

Fig. 1 zeigt das Grundschema des mit verzögerter Expansion arbeitenden Brennraums in Kombination mit dessen Kühlsystem, angeschlossen an den Leistungsaufnahme— und Umsetzabschnitt des Systems. Das Schema stellt ein typisches Ventilsystem zum Verbinden des Brennraums mit der Antriebsmaschineneinheit dar. Das Gesamtsystem ist mit dem Bezugszeichen 10, der Brennraumabschnitt mit 12 und der Antriebsmaschinenabschnitt mit 14 bezeichnet. Die Brennraum- und Maschinenabschnitte sind durch die gestrichelte Linie 16 unterteilt.

Der Brennraum 18 ist diejenige Einheit, in der die Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches nicht nur eingeleitet, sondern beendet wird. Der Brennstoff wird über eine Versorgungsleitung 24 in den Brennraum 18 eingeleitet. Unter Druck stehende heiße Luft aus den Expansionskammern, die nachfolgend beschriäaen werden, wird über Luftleitungen 26 und 27 eingeführt. Die Verbrennung beginnt aufgrund der Kompressionshitze beim Einführen der Brennstoff/Luft-Mischung, unterstützt im notwendigen Umfang, insbesondere während der Anlaßperioden, durch eine Glühkerze (nicht gezeigt).

Vorgewärmtes Wasser wird in einen een Brennraum 18 umgebenden Wasserraum 22 geleitet. Der den Wassermantel bildende Raum 22 ist außen durch eine Wand 20 begrenzt. Das Wasser gelangt durch eine Leitung 28 in den Wasserraum 22 und wird dort ruckartig zu Dampf. Aus dem Brennraum 18 in den Wasserraum 22 übertragene zusätzliche Wärme bewirkt eine'Überhitzung des Dampfs.

Sobald der Verbrennungsvorgang in der Brennkammer 18 beendet und der Dampf im Wassermantel 22 überhitzt ist, werden sowohl die Verbrennungsgase als auch der Dampf aus ihren entsprechenden Kammern über Leitungen 30, 31, 32 und 33 übertragen. Kontroll-

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ventile 34 und 35 sind jeweils in den Leitungen 32 und 33 und Ventile 36 und 37 in den einmündenden Leitungen 38 und 39 zur Steuerung des Dampf- und BrenngasStroms angeordnet. Die sich ergebende Gas/Dampf-Mischung wird sodann in eine primäre Expansionskammer 40 eingeleitet, in der eine Vorexpansion stattfindet. Die aus dieser Expansion gewonnene Ausgangsleistung kann an der Kurbelwelle 42 abgenommen werden.

Die Gase werden in der Antriebseinheit 40 soweit als möglich

-ionsexpandiert und danach in die sekundär ei Expanskammern bzw. Antriebseinheiten 48 und 50 über Leitungen 44 und 45 und Steuerventile 46 und 47 geleitet. Die Kurbelwellen der sekundären Antriebseinheiten 48 und 50 sind mit der von der Antriebseinheit 40 angetriebenen Kurbelwelle 42 einteilig oder verbunden, so daß sich die Abtriebsleistungen der drei Antriebseinheiten additiv überlagern. Zu diesem Zweck sind die Abtriebsvorrichtungen innerhalb der Antriebseinheiten 48 und 50 gegenüber der Abtriebsvorrichtung der Antriebseinheit 40 um 180 ° phasenversetzt.

Die expandierten Verbrennungsgase und der Dampf in den Antriebseinheiten 48 und 50 werden über Ventile 56 und 57 abgeleitet. Während diese Ventile offen sind, tritt Frischluft aus dem Aufladeverdichter über Kontrollventile 63 und 64 ein, verdrängt die Auspuffgase aus den Antriebseinheiten 48 und 50 und sorgt während des Kompressionshubes der Antriebseinheiten 48 und 50 für eine Eirführung von Frischluft über die Leitungen 26 und 27 und die Kontrollventile 54 und 55 in den Brennraum 18. Die durch Kompression der Frischluft erzeugt Wärme erhöht die Temperatur der Luft innerhalb des Brennraums soweit, daß die Verbrennung eingeleitet wird, sobald Brennstoff injiziert wird, das heißt, die Verdichtung wird soveLt getrieben, bis die Zündtemperatur erreicht ist. Dies geschieht ähnlicher Weise wie beim Dieselmotor.

Aufgrund des LuftüberSchusses im Brennraum und wegen des Sauerstoff Überschusses, der die Verbrennung unterstützt, ist der Wirkungsgrad des Systems vergrößert.

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Obwohl es erwünscht ist, daß die in den Brennraum eingeleitete Luft zumindest relativ frei von Auspuffstoffen ist, ist es wichtig, daß ein SauerstoffÜberschuß in den den Wärmetauscher erreichenden Auspuffgasen vorhanden ist. Daher wird bei dem beschriebenen System ein Teil dejr restlichen

über die heißen Gase aus den Antriebseinheiten 48 und 50 Leitungen 52 bzw. 53 und Kontrollvehtile 54 und 55 in die Leitungen 26 und 27 eingeführt, um als Druckluftquelle in den Brennraum 18 zurückgeleitet zu werden. Die überschüssigen Auspuff stoffe werden über die Leitungen 56 und 57 sowie über · die zugehörigen Steuerventile 58 und 59 abgeleitet. Wie nachfolgend noch genauer erläutert werden wird, unterstützt der überschüssige Sauerstoff die Umwandlung des Stickstoffoxid in Stickstoffdioxid zur rlachfoIgenden Absorption durch das Wasser.

In Beipaßleitungen 26a und 27a sind Überdruckventile 60 und 61 vorgesehen, die den Brennraum 18 vor Überdruck schützen. Kontrollventile 62 und 63 sind in den Leitungen 64 und 65 angeordnet, die zu den Antriebseinheiten 48 und 50 führen und mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Aufladeverdichter verbunden sind, um verdichtete Luft in die Sekundärkammern einzuführen. Dadurch werden die Antriebseinheiten 48 und 50 von Ausp'uffgasen gereinigt, während die Ventile

58 und 59 geöffnet sind, und es wird während des Kompressionshubs der Antriebseinheiten über die Leitungen 26 und 27 Frischluft in den Brennraum 18 geleitet, wenn die Ventile 58 und

59 geschlossen sind.

Ein wesentliches Merkmal dieses mit verzögerter Expansion arbeitenden Kammersystems besteht darin, daß der im Brennraum 18 stattfindende Verbrennungsprozeß unter echt konstanten Volumenbedingungen zu Ende geführt werden kann und während dieser Verbrennungsphase keine Gasexpansion zugelassen wird. Hierin unterscheidet sich das beschriebene System geradezu konträr von dem Verbrennungszyklus in einer herkömmlichen Brennkraftmaschine, bei der die Expansion der zu verbrennenden Gase unmittelbar nach deren Zündung beginnt und während des

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gesamten Verbrennungsprozesses fortgesetzt wird.

Tatsächlich kann der Verbrennungsprozeß in einem solchen

fich e aus dem Vorhandensein

von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden in den Abgasen von Brennkraftmaschinen ergibt. Der Grund für das Vorhandensein derartiger unverbrannter Produkte wird klar, wenn man berücksichtigt, daß bei der Expansion von Gasen, so während des Verbrennungsprozesses bei einer herkömmlichen Brennkraftmaschine, die Temperatur absinkt, während die Temperatur zu^nehmen würde, wenn die Gase während des Verbrennungsprozesses auf konstantem Volumen gehalten würden. Eine derartige Temperaturabnahme ist für den Verbrennungsvorgang ungünstig. Außerdem werden die Sauerstoff— und Brennstoffmoleküle während einer solchen Expansion weiter voneinander getrennt und können sich schlechter vereinigen als im Falle der JJaItung von konstanten Volumenverhältnissen. Tatsächlich kommen viele Moleküle überhaupt nicht zur Kombination und machen daher einen Abschluß eines optimalen Verbrennungsprozesses unmöglich.

Demgegenüber wird bei der Erfindung das Volumen der Brennkammer 18 niemals geändert. Daher findet in diesem konstanten Kammervolumen eine vollständige Verbrennung statt, wähaaid die Expansionsvorrichtung im Maschinenteil des Systems eine Drehung von angenähert 180 ° macht. Es läßt sich daher sagen, daß die Expansion der verbrennenden Gase über einen derartigen Zyklus verzögert wird. Diese Gase werden erst nach dieser Verzögerung und nach der vollständigen Verbrennung in die Expansionskammer geleitet.

Dies führt zu einem Verbrennungsprozess,bei dem die Temperatur und der Druck im Brennraum unmittelbar nach Einleitung der Verbrennung anzusteigen beginnen. Dies führt wiederum zu einem Temperatur- und Druckanstieg von erhöhter Intensität. Diese Intensität der Verbrennungsphänoraene erhöht sich fortlaufend

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mit zunehmender Temperatur, und die vorhandenen Sauerstoff- und Brennstoffmoleküle kommen wegen des höheren Drucks zu einer stärkeren Annäherung, wodurch die Wahrscheinlichkeit ihrer Vereinigung im Verlauf des Verbrennungsprozesses wächst. Die Zeitverzögung während diese Vorgangs führt zu einem weiteren Vorteilhaften Faktor, der darin besteht, daß den Brennstoffmolekülen ausreichend Zeit zur Kombination mit den überschüssigen Sauerstoffmolekülen zur Verfügung steht, wodurch eine vollständige Verbrennung und ein Ausstoß von Verbrennungsprodukt! ohne unverbrannte Kohlenwasserstoff oder Kohlen-, monoxide gewährleistet wird.

Die trotz der vollständigen Verbrennung gebildeten Stickoxide werden in einem weiteren Teil des Systems eliminiert, der weiter unten beschrieben wird. Der mit verzögerter Expansion arbeitende Brennraum führt also zu einer drastischen. Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades und der Brennstoff ausnutzung und stellt ein Maschinensystem dar, das praktisch verschmutzungsfrei arbeitet. Wie weiter unten noch genauer beschrieben werden wird, ist durch das System der verzögerten Verdichtung zusätzlich die Möglichkeit geschaffen, einen Teil der an den Brennraumwänden vorbeigeführten Wärme nutzbringend weiterzuverwenden. Diese Art Wärme ■ geht normalerweise bei Brennkraftmaschinen verloren. Die unter derartigen Umständen auftretenden Wärmeverluste betragen gewöhnlich etwa 30 % der Brennstoffenergie, und diese Energie wird im Kühlsystem verbraucht. Bei dem vorliegenden System wird die Wärme jacioch im Wassermantel 22 aufgrund der Umwandlung des Wassers in unter hohem Druck stehenden Dampf ausgenutzt. Die auf diese Weise gewonnene Energie wird sodann zur Unterstützung des Maschinenantriebs verwendet. Angenähert 50 % der auf diese Weise gewonnenen Wärme wird in durch die Primärmaschine nutzbare Energie umgesetzt. Weitere 20% werden in der Zusatzmaschine ausgenutzt. Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems ist dadurch wesentlich verbessert.

Es ist daraufhinzuweisen, daß die Grundprinzipien des be-

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schriebenen Systems sowohl bei RotafcLonsmaschinen als auch bei Kolbenmaschinen verwendtbar sind. Obwohl das beschriebene System vorzugsweise bei Rotationsmaschinen angewendet wird und die Erfindung auch nachfolgend an Hand von Rotationsmaschinen genauer beschrieben wird, zeigt das in Pig. 2 dargestellte schematische System eine typische Anwendung der Erfindung auf einen Kolbenmotor.

Das als ganzes mit 70 bezeichnete System weist einen Brennraum 72 auf. Der nur aus Anschaulichkeitsgründen von dem. Brennraum 72 getrennt dargestellte Wassermantel 74 umgibt an sich den Brennraum im wesentlichen in der in Fig. 1 dargestellten Weise. Ähnlich der Operationsweise des Systems nach Fig. 1 nimmt der Brennraum 72 Brennstoff über die Leitung 76 und Luft über die Leitungen 78 und 79 auf. Der Luftzustrom wird von den Ventilen 80 und 81 gesteuert. In einer Auslaßleitung 82 ist ein Ventil 84 angeordnet, das den AusLaß von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum 72 zu einem Primärzylinder 86 steuert.

Der Wassermantel 74 wird über eine Leitung 88 gespeist, und der überhitzte Dampf verläßt den Wassermantel 74 durch eine Auslaßleitung 90 und ein Ventil 92. Ein Überdruckventil 91 ist in einer Leitung 93 zwischen dem Brennraum 72 und dem Wassermantel 74 eingeschaltet, und Überdruckventile 94 und 95 sind so angeordnet, daß sie .im Überdruckzustand Gase über Leitungen 96 und 97 zu zwei Sekundärzylindern 98 und 100 leiten können.

Zwei Frischluft-Zuführleitungen 102 und 103 sind mit Kontrollventilen 104 und 105 versehen, die die Frischluftzufuhr zu den Sekundärzylinder 98 und 100.steuern.

Kanäle 106 und 107 in/dem die Primär- und Sekundärzylinder aufnehmenden Gehäuse 108 führen von dem Primärzylinder 86 zu den Sekundärzylinder 98 und 100· In den Kanälen 106 und 107 sind SteuerventileHOund 111 eingebaut. Abgaskanäle und 113 aus den Sekundärzylindern 98 bzw· 100 werden durch

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zwei Ventile 114 bzw. 115 gesteuert·

Ein Primärkolben 116 ist im Primärzylinder 86 auf einer Kurbelwelle 117 verschieblich gelagert. Zwei Sekundärkolben 118 und 119 and jeweils^en Sekundär zylindern 98 und 100 verschieblich angeordnet. Sie sind ebenfalls an der Kurbelwelle 117 gelagert und treiben diese im Zusammenwirken mit den vom Kolben 116 abgeleiteten Rotationskräften an.

Im BeteLeb wird Frischluft von einem Aufladeverdichter den Sekundärzylindern 98 und 100 über die Leitungen 102 und zugeführt, während sich die Kolben 118 und 119 angenähert in ihrer unteren Totpunktlage befinden. Bei der Aufwärtsbewegung der Kolben wird die Luft kompiLmiert und durch die in den Leitungen 78 und 79 angeordneten Kontrollventile 81 und 81 in den Brennraum 72 getrieben. Durch die Leitung 76 wird Brennstoff in die Brennkammer 72 injiziert, und die Luft/Brennstoff-Mischung wird von der sich aus der Luftverdichtung ergebenden hohen Temperatur im Zusammenwirken mit einem den Brennraum 72 auskleidenden katalytischem Material und einer nicht dargestellten Glühkerze gezündet. Da das Ventil 84 zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist,läuft die Verbrennung ohne Volumenänderung vollständig ab, und zwar im wesentlichen so, wie sie anhand von Fig. 1 beschrieben worden ist.

Dem Wassermantel 74 wird über die Leitung 88 Wasser zugeführt; dieses Wasser kühlt die Außenseite des Brennraums und wird bei Kontakt/ mit diesem in Hochdruckdampf umgesetzt.

Die Luft/Brennstoff-Mischung wird im. ι Brennraum 72 gezündet, ^wenSich der Kolben 116 etwa in der unteren Totpunktlage befindet· Die Verbrennung wird fortgesetzt, bis der Kolben etwa seine obere Totpunktlage erreicht, wodurch eine Kolbenbewegung um 180 ° während des Verbrennungsprozesses stattfindet. Das Ventil 84 wird sodann geöffnet und läßt die Hochdruckgase in den Zylinder 86 entweichen., wodurch der Kolben 116 aufgrund

der Gasexpansion abwärts getrieben wird. Bei absinkendem Druck in dem Brennraum 72 übersteigt der Druck des im Wassermantel 74 befindlichen Dampfs die das Kontrollventil 92 normalerweise geschlossen haltende Kraft, wodurch das Ventil 92 geöffnet wird. Dadurch kann der Dampf durch die

Auslaßleitung 90 und über das Kontrollventil 92 entweichen, entleert den Brennraum und gelangt über die Leitung 82 und das Ventil 84 in den Zylinder 86, wodurch das Abwärtsdrücken des Kolbens 116 unterstützt wird. Über^dies werden von dem Dampf die Brenngase aus dem Brennraum ausgetrieben, wodurch die Aufnahme einer neuen Frischluftfüllung vorbereitet wird. Sot^ld der Kolben 116 die untere Totpunktlage erreicht hatbefinden sich die Sekundärkolben 118 und 119 in ihrer oberen Totpunktlage, und die Abgase in den Zylindern 98 und 100 sind durch die Abgaskanäle 112 bzw. 113 und die dort eingebauten , Ventile 114 und 115 ausgetrieben. Relativ frische Luft wird entsprechend der Einstellung der Kontrollventile 80 und 81 über die Leitungen 78 und 79 in den Brennraum 72 geleitet. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ventile 110 und 111 geöffnet und lassen die im Primärzylinder 86 vorexpandierten Gase über die Kanäle 106 und 107 in die Sekundärzylinder 98 und 100 entweichen. Dadurch werden die Kolben und 119 entsprechend dem Druck der Gase in den zugehörigen Zylindern abwärts getrieben. Der Kolben 116 bewegt sich gleichzeitig aufwärts und treibt die Gase vollständig aus dem Zylinder 86 aus.

Das Ventil 84 wird während des Entladetakts des Zylinders geschlossen. Dies verhindert in Verbindung mit der verbrennungsabhängigen Druckerhöhung in dem Brennraum 72, daß die Gase in den Brennraum zurückströmen. Sobald die Kolben 118 und 119 die untere Totpunktlage erreichen, werden die Ventile 114 und 115 geöffnet und geben die jetzt praktisch vollständig entspannten Gase frei. Da die Sekundärzylinder wesentlich größer als der Primärzylinder sind, wird nur ein Teil ihres Volumens zur Kompression der in den Brennraum 72 eintretenden Gase benötigt. Daher ^wir<* angenähert die erste Hälfte des Korapressions-

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takts zum Austreiben der Auspuffgase aus den Zylindern und _t der Resthub zu Kompressionszwecken ausgenutzt. Die Ventile 114 und 115 werden zu einem geeigneten Zeitpunkt geschlossen um diesen Vorgang zu ermöglichen.

Bei dieser Anordnung ist jeder Abwärtshub jedes der Kolben ein Antriebshub. Eine V-6 Anordnung mit zwei Reihen von Drei-Zylinder-Gruppen der zuvor beschriebenen Art erzeugt die gleiche Leistung wie eine herkömmliche V-8 Brennkraftmaschine, jedoch bei wesentlich höherem Wirkungsgrad.

Dieses System kann auch an eten Viertaktmotor angepaßt werden, in^dem die Ventilanordnung so geändert wird, daß eine Verzögerung um 360 ° im Brennraum stattfindet, bevor die Expansionsphase eingeleitet wird. Unter solchen Umständen werden die üblichen Ansaug-, Arbeits-, Ausstoß- und Verdichtungstakte verwendet. Es ist außerdem unter Umständen erwünscht, daß nur ein Sekundärkolben und -Zylinder zusammen mit der Primärkolben -Zylinder-Einheit verwendet wird. In diesem Falle sollte der Sekundärzylinder- angenähert die doppelte Größe der in Fig. 2 dargestellten Sekundäreinheit bei gleicher Größe der Primäreinheit haben.

Der Maschinenteil des erfindungsgernäßen Systems ist im einzelnen in den Fig. 3 bis 19 dargestellt, wobei die G^amtmaschine in den Fig. 3 und 4 dargestellt und mit 120 bezeichnet ist. Die Maschine weist drei Hauptabschnitte, einen zentralen oder primären Hauptrotor- und Brennraumabschniit 122 und zwei sekundäre Rotorabschnitte 124 und 126 auf, die den Hauptrotorabschnitt auf beiden Seiten flankieren. Da die beiden Sekundärrotorabschnitte 124 und 126 gewöhnlich identisch ausgebildet sind, mit der Ausnahme, daß der eine Linksausführung und der andere eine Rechtsausführung ist, wird im folgenden nur ein derartiger Abschnitt beschrieben. Demgemäß gelten die Bezugszeichen und Angaben in gleicher Weise für beide Abschnitte. Es ist unter Umständen noch erwünscht, daß nur ein Sekundärrotorabschnitt zusammen mit einem Primärrotorabschnitt verwendet wird. In diesem Falle sollte der Sekundärrotorabschnitt größer sein

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als der in Fig. 4 dargestellte Rotorabschnitt. Dabei ist die dem Sekundärrotorabschnitt gegenüberliegende Stirnseite des Primärrotorgehäuses 128 nahezu geschlossen.

Der Hauptrotor-Brennraumabschnitt 122 weist das oben erwähnte Zylindrische Gehäuse 128 auf, das in Fig. 4 mit weggebrochenen Teilen gezeigt ist, um die zugehörigen Bauteile zu zeigen. In einer Innenfläche 129 des Gehäuses (Fig. 5) sind acht axialverlaufende Kanäle 130 ausgebildet.

Im zylindrischen Gehäuse 128 ist ein Rotor 132 auf einer Kurbelwelle 134 oszillierend gelagert bzw· gehaltert. Die Kröpfung 136 der Kurbelwelle 134 durchgreift den Rotor 132 axial.

Im Rotor 132 sind acht Flügel 138 und 138a bis g gelagert, welche bezüglich des Rotors 132 hin- und herbeweglich sind. Der Rotor und die Flügel sind in Fig. 4 in perspektivischer Verkürzung dargestellt. Selbstverständlich erstrecken sie sich über die volle Länge des Gehäuses 128 zur relativen Bewegung in diesem.

Außerdem sind im Rotor 132 mehrere, im vorliegenden Fall 8, dünne Kurbeln 140 mit jeweils einer Kurbelwelle 142, zwei Kröpfungen 144 und einem Kurbelabschnitt 146 angeordnet. Diese Konstruktion ist am besten in Fig. 5 zu sehen.

Zwischen dem Gehäuse 128, dem Rotor 132 und den zugehörigen Flügeln 138 sind mehrere .Expansionskammern 150 und 150a bis g gebildet, deren Volumen sich bei Bewegung des Rotors 132 entlang der Orbitalbahn auf der Kurbelwelle 14 2 entsprechend der Einstellung der kleinen Kurbeln 140 ändern.

Die Flügel 138 und dec Rotor 132 sind genauer in den Fig. 9 bis 14 dargestellt. Typische Flügel 138 und 138h sind in Fig. 12 gezeigt. Sie sind im Zylindergehäuse 128 beweglich gelagert, wobei der Rotor 132 relativ zu ihnen beweglich ist. Jeder Flügel weist mehrere von relativ beweglichen Teilen auf.

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Ein Mittelabschnitt 152 (Fig. 10) weist Nuten 154 und 156 in den zugehörigen Karten bzw. Randbereichen 158 und 160 auf; Eine Zunge 162 mit geneigten Kanten 164 und 166 erstreckt sich von einer dritten Seite des Mittelabschnitts 152 (Fig. 13). Kanten,wie diejenige bei 168, verlaufen von dem Grund der Nuten 154 und 156 auswärts unter denselben Winkeln zu-' einander wie die beiden Seiten des Mittelabschnitts 152.

An die .Ränder 158 und 160 des Mittelabschnitts 152 schließen sich zwei Seitenabschnitte 170 und 172 an, die an ihren äußeren Enden gemeinsam eine Nut l^gdefinieren; diese Nut hat eine halbkreisförmige Krümmung, an Fig. 13 zu sehen ist, endet die Schaufel bzw. der Flügel 138 an den Randkanten 174a und 174b kurz vor der Kontaktgabe mit der Innenfläche des Gehäuses 128.

Der Seitenabschnitt 170 weist neben einem Abschnitt der Nut 174 auch ein^ zungenförmiges Bauteil 176 auf, das von seinem Innenrand 178 ausgeht und gleitend in die Nut 156 des Mittel— abschnitts 152 eingreift. In ähnlicher Weise weist auch der Seitenabschnitt 172 eine Zunge 180 auf, die von einer Kante 182 ausgeht und gleitend in die Nut 154 des Mittelabschnitts 152 einfaßt.

An dem unteren Ende des Flügels 138 ist ein U-förmiger Flügelträgerschuh 184 angeordnet. Er weist einen zwei Seiten 188 und 190 verbindenden Stegteil 186 auf, wobei zwischen den beiden Seiten eine Nut 192 g&Lldet ist. Die Nut 192 nimmt die Zunge 162 des Mittelabschnitts 152 in satter Gleitpsesung auf.

In der Nut 192 ist zwischen dem Stegteil 186 und dem Rand 164 der Zunge 162 ein Paar von Keilen 194 und 196 angeordnet. Von den Enden des Flügelträgerschuhs 184 erstrecken sich Vorsprünge 198 und 200 auswärts, von denen jeder zwei konvex gekrümmte Oberflächen 202 und 203 mit einem Gewindeloch 204 aufweist, das zwischen dem Außenende der zugehörigen Vorsprünge und der Nut 192 kommuniziert· Eine Druckfeder 206

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ist in jedem der Gewindelöcher 204 aufgenommen. Jede der Druckfedern drückt gegen den entsprechenden Keil 194 und 196 und wird durch eine Feder 208 zusammengedrückt. Die Keile werden dadurch einwärts gedrückt und bewirken, daß sich der mittlere Flügelabschnitt 152 aufwärts und von dem Stegteil 186 des Trägerschuhs 184 wegbewegt. Dies geschieht aufgrund der Nockenwirkung zwischen dem Keil 194 und dem Zungen— rand 164. Durch diese Wirkung werden die Seitenabschnitte 170 und 172 des Flügels aufwärts und unter Einwirkung der winkligen Seiten der aufeinaderliegenden Flügelabschnitte auswärts gedrückt werden.

Die Ansätze 198 und 200 liegen in zwei Ringnuten 210 und 212, die in den Seitenwänden ausgebildet sind, und werden in diesen Nuten durch zwei Trägerschuhe 214 und 216 (letztere nicht gezeigt) gehalten.

Jeder Flügelträgerschuh (Fig. 14) weist eine konkav gekrümmte Fläche 218 auf, die der Krümmung der Innenseite der Nute angepaßt ist und auf dieser im Gleitsitz läuft. Die entgegengesetzte Seite 220 ist ebenfalls konkav geformt und schmiegt sich an die gekrümmte Oberfläche 203 des Ansatzes 198 oder 200 an, die sie abstützt. Ein Ende 222 des Lagerschuhs bzw. 216 stößt gegen die Bodenfläche der Nut 110 oder 112, während das gegenüberliegende Ende 222 gegen die benachbarte Schulter 223 oder 224 des Lagerschuhs 184 stößt. Wenn der Rotor 132 die Flügel gleitend vor- und zurückführt, lagern die in den Nuten 210 und 212 vor- und zurücklaufenden Trägerschuhe 214 und 216 den Flügel 138 über die Ansätze bzw. Vorsprünge 198 und 200, wobei die Schuhe hin— und herlaufen und die Ansätze sich in den Schuhen in der in Fig. 9 dargestellten Weise geeignet bewegen.

In der Nut 174 am äußeren Ende jedes Flügels 138 ist eine Dichtlippe 225 angeordnet, deren eine Fläche »halbkreisförmig. geformt und gleitend in der Nut 174 gehalten ist. Die andere Oberfläche 227 der Dichtlippe ist gekrümmt, um eine Gleitbewegung und dichtende Anlage an der Innenfläche 129 des

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zylindrischen Gehäuses 128 zu erleichtern» Die Krümmung der Dichtfläche 227 hat in üblicher Ausführung einen Radius gleich der Hälfte der Länge des Flügels 138. Auch die gekrümmten unteren Oberflächen 203 der Ansätze 198 und 200 mit den gekrümmten Paßflächen 220 der Flügellagerschuhe 214 und 216 haben diesen Radius.

Wie am besten in den Fig. 10 und 11 zu sehen ist, ist jede Dichtlippe 225 in üblicher Ausführung, jedoch nicht notwendiger Weise, mit einer Einstellvorrichtung versehen, die eine Sektordichtung aufweist, deren erster Abschnitt 228 mit einer Nut 230 und einem Hohlraum 232 versehen ist. Ein zweiter Abschnitt 234 weist eine Verlängerung 236 auf, die verschieblich in der Nut 230 angeordnet ist und einen mit dem Hohlraum 232 ausgerichteten Hohlraum 238 enthält. In den in Ausrichtung stehenden Hohlräumen 232 und 238 ist eine Druckfeder 240 eingesetzt, die normalerweise die beiden Dichtabschnitte auseinanderzudrängen sucht und dadurch eine Abdichtung zwischen den entsprechenden Enden 242 und 244 der Dichtlippe 222 und den angrenzenden Kammerwänden hervorruft.

Die Flügel 138 sind daher in jeder Hinsicht einstellbar, wodurch die Wisch- und Dichteigenschafen an den Kontaktstellen mit den Gehäuseoberflächen verbessert werden.

Der Rotor 132 weist, wie am besten in den Fig. 5, 9 und 15 zu sehen ist, einen Kopf 246, eine Ringplatte 248 und einen zentralen . Na*benabschnitfc 250 auf. Ein separates Lagerteil 252 sitzt mit Preßpassung im Nabenteil 250 und ist auf die Kröpfung 136 der Kurbelwelle 134 aufgesteckt. Der Rotor 132 weist T-förmige Ausnehmungen 254 zur Aifiiahme der Flügel 138 und der im folgenden zu beschreibenden Flügelträger auf. Die Ringplatte 248 ist außerdem mit acht Bohrungen 256 zur Aufnahme der Kröpfungen der kleinen Kurbelteile 140 versehen.

Grundsätzlich müssen zur Minimalisierung von Heißgas- und

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Dampf-Lecksirömen aus den Expansionskammern 150 die Kammerdichtungen wirksam dichten. Es muß daher besonderes Augenmerk auf die Ausführung von Dichtungen gerichtet werden, die in der Lage sind, Leckströme zwischen dem Rotor, den Flügeln und den Seitenwänden der Expansionskammer zu verhindern. Flügeldichtungen und Seitenwanddichtungen sind zu diesen Zwecken vorgesehen. Die Oberflächen solcher Dichtungen und - soweit möglich - die entsprechenden Gegenflächen sollten vor der Benutzung geläppt werden. Die Dichtungsecken sollten überdies nicht abgeschrägt werden. Von Bedeutung für die Dichtungseigenschaften dieses Systems ist die Tatsache, daß kein Flügel zu irgendeinem Zeitpunkt über eine Dichtfläche läuft, die von einem anderen Flügel berührt wird. Die Paßflächen werden im Betrieb durch Abnutzung zunehmend glatter, wodurch die Dichteigenschaften verbessert werden.

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Jeder Abschnitt des Motorkopfs 246 weist zwischen den entsprechenden Ausnehmungen 254 mehrere Nuten 258 - in diesem Falle drei - auf jeder auf. Jede dieser Nuten 258 hat eine in Längsrichtung angeordnete Wellenfeder 260, die auf dem Nutgrund angeordnet ist. Eine Seitenwanddichtung 262 in jeder Nut steht fest mit der Wellenfeder 260 in Berührung, wobei ihre Außenkante zur Anlage an der Seitenwand der Expansionskammer freiliegt. Diese Seitenwanddichtungen sind so geformt, daß sie satt und dichtend in die Nuten 258 einfassen. Sie können aus irgendeinem geeigneten Dichtmaterial, z.B. aus Graphit, graphithaltigen Metallen oder anderen Materialien mit geeigneten Schmierungs- und Fähigkeitseigenschaften hergestellt werden. Die Dichtungen 262 erstrecken sich auf beiden Seiten über die T-förmigen Ausnehmungen 254 hinaus und werden von den Wellenfedern 260 (Fig. 9 und 15) ständig gegen die Expansionskammerwände gedrückt.

In dem äußeren Bereich jeder T-förmigen Ausnehmung 254 und verkeilt zwischen dem Rotorkopf 246 und dem benachbarten Flügel 138 ist ein Flügeldxchtungstragerblock 264-angeordnet, der drei Abschnitt mit einem Mittelabschnitt 264a und zwei Seitenabschnitt 264b und 264c, die nachfolgend auch als linke und rechte Abschnitt bezeichnet werden, aufweist. Der Mittelabschnitt 264a ist gemäß Fig. 15 als Keil mit zwei Schrägflächen ausgebildet. Die Schrägflächen 266 und 267 jedes Abschnitts 264 sind den linken und rechten Abschnitten 264b und 264c angepaßt, so daß bei Einwirkung einer Kraft radial einwärts auf den Mittelabachnitt 264a die Seitenabschnitt 264b und 264c aufgrund der Keilwirkung des Mittelabschnitts 264a gegen die Seitenwände des Gehäuses und gegen die Seite des benachbarten Flügels 138 gedrängt werden.

Jeder Abschnitt des Flügeldichtungstragerblocks 264 weist in seiner Fläche 268 mehrere Nuten 270 auf. Jede dieser Nuten enthält einen Wellenfederabschnitt 272 und ein Dichtungssegment 274. Der Wellenfederabschnitt und das Dichtungssegment sind so geformt, daß sie innerhalb des zugehörigen Trägerblockab-

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Schnitts in die Nut passen· Obwohl die Nuten 270 in den verschiedenen Blockabschnitten beim Einbau genau ausgerichtet · werden, kann die Abnutzung der Teile und die Einstellung durch eine noch zu beschreibende Vorrichtung manchmal zu einer Fehlausrichtung führen. In diesem Falle rutschen die Blockabschnitte Federn und Dichtungen einfach entlang den Flächen 266 und übereinander und bleiben in dichtendem gegenseitigen Eingriff·

In jedem Falle sind die Wellenfederabschnitte27 2 und die Dichtsegmente 274 in derselben Nut prinzipiell so ausgebildet, wie dies in Zusammenhang mit den Federn 260 und den Seitendichtungen 262 innerhalb der Rotorkopfnuten 258 beschrieben worden ist. Die Wellendichtungen 272 drücken mit konstanter Kraft gegen die Dichtung 274 und bewirken deren kräftige Anlage an den Flügeln 138.

Es ist zu erkenne^ daß die linken und rechten Trägerblöcke 264b und 264 c an .ihren Seitenflächen zusätzlich drei Nuten 276 im Rotorblock 132 enthalten. Daher erstrecken sich die Dichtungen 262, welche in den Nuten 258 angeordnet sind, über den Rand des T-Abschnitts 254 hinaus und in die Nuten 276, wobei die Enden 278 der Dichtung 262 derart konkav gekrümmt sind, daß sie auf die konvex gekrümmten Enden 280 der Dichtsegmente passen. Durch diese Dichtungsanordnung ist der gesamte Rotorkopf 246 zusammen mit den Flügeldichtungsträgerblöcken 264 vollständig umgeben von einer Reihe von federbelasteten Dichtungen. Dadurch wird eine vollständige Umfangsdichtung für den Rotorkopf geschaffen, die zum dichten Abschluß der zwischen dem Rotorkopf, den Flügeln und dem Zylindergehäuse 128 gebildeten Kammern 150 beiträgt.

Von dem Rand des Rotorkopfs 246 erstreckt sich an jeder der T-förmigen Ausnehmungen eine Umfangslippe 282, welche die Flügeldichtungsträgerblöcke 264 festhält und eine Bewegung derselben nach außen über den Rotorkopf hinaus verhindert.

Außerdem sind die Flügeldichtungsträgerblöcke 264 mit einer

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Einstellvorrichtung versehen, die ihre ^Einstellung in der Radialrichtung erleichert. Diese Einstellvorrichtung wird durch eine einstellbare Keilanordnung 284 gebildet, die in zwei Kanälen angeordnet ist. Wie in Fig. 16 dargestellt ist, erstreckt sich ein erster Kanal 286 von einer Seite der Ringplatte 248 rechtwinklig nach innen in Richtung der ' Rotormittellinie und endet innerhalb des Kopfs 246. An dem innen gelegenen Ende des Kanals trifft er auf einen zweiten Abschnitt, der mit 288 bezeichnet ist und rechtwinklig zum Kanal 286 verläuft. Der Kanal 288 ist am Rande des Kopfs 246 offen und mit einer trichterförmigen Ausnehmung 290 innerhalb des Flügeldichtungsträgerblocks 264a ausgerichtet. In dem Kanal 288 ist ein kurzer Stift mit spitz zulaufenden Enden 292a und 292b angeordnet. Ein zweiter kurzer Stift 294 mit einem spitz zulaufenden Ende 294a ist im Kanal 286 •angeordnet, wobei die zugespitzten Enden der beiden Stifte 292 und 294 keilförmig aneinander angreifen. Eine Druckfeder 296 drückt gegen die dem spitzen Ende des Stifts 294 gegenüberliegende Stiftseite und wird durch eine in dem Kanal 286 eingeschraubte Schraube 298 zusammengedrückt.

Durch diese einstellbare Keilanordnung kann unter Verstellung der Schraube 298 der Stift 292 im Kanal 288 nach außen in Richtung des Dichtungsträgerblocks 264a verstellt werden. Das zugespitzte Ende 292a des Stifts 292 erstreckt sich in die Ausnehmung 290 und drückt gegen einen Innenteil der nach außen erweiterten Wand. Dadurch wird der Flügeldichtungsträgerblock 264 radial einwärts belastet. Diese Bewegung des Mittelabschnitts 264a drängt den linken Abschnitt 264b und den rechten Abschnitt 264c auswärts, wodurch eine gute Dichtung.an den zugehörigen Dichtflächen erzielt wird· Eine derart einstellbare Keilanordnung 284 ist zur Einstellung jedes der sechzehn Dichtungsträgerblöcke vorgesehen.

Am Umfang des Gehäuses 128 sind mehrere Brennkammer- und Dampferzeugungsanordnungen angebracht, die bisher mit dem Bezugszeichen 122 versehen wurden. Da alle Anordnungen 122 identisch

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ausgebildet sind, wird im folgenden nur eine beschrieben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind acht Anordnungen dieser Art vorgesehen, wobei eine Anordnung in Verbindung mit jeder der Expansionskammern 150-15Og wirkt. Daher sind diese Anordnungen 122 an der Außenfläche des Rotorgehäüses 128 angebracht, wobei eine dieser Anordnungen jeweils radial außen von einer der Expansionskammern liegt, so daß die Gasdurchlässe zwischen den Brennräumen und den Expansionskammern eine minimale Länge haben.

Jede Brennkammer- und Dampferzeugungsanordnung 122 weist einen Mittelabschnitt 300 und Deckel- oder Ventilgehäuseabschnitte 302 und 304 auf, (vgl. Fig. 3 bis 5 und 17 bis 19). Die Anordnung 122 wird von wenigstens einem, gewöhnlich jedoch drei Schraubbolzen 306 zusammengehalten. Die Endabschnitte 302 und 304 sind mit Hilfe von radial verlaufenden Bolzen 308 an das zylindrische Gehäuse 128 angeschraubt.

Der Mittelabschnitt 300 weist ein zylindrisches Außengehäuse 310, das mit der Wand 20 des Wassermantels in Fig. 1 vergleichbar ist, und ein zylindrisches Innengehäuse bzw. eine Brennraumwand 312 auf, welch letztere mit dem Brennraum 18 in Fig. 1 vergleichbar ist. Die äußeren und inneren Gehäuse 310 und 312 definieren zwischen sich einen Wasser- oder Dampfmantel 314, der mit dem Wassermantel 22 gemäß Fig. 1 vergleichbar ist. Da der Dampfmantel 314 zur Aufnahme von überhitztem Dampf bei

2 einem Druck von angenähert 70 kg/cm und Temperaturen von etwa 290° C geeignet sein muß,.ist es notwendig, daß der äußere Zylindermantel 310 nach Material und Dicke derartigen Umgebungsbedingungen standhält. Korrosionsbeständiger Stahl kann beispielsweise für diesen Gehäuseteil verwendet werden.

Der Brennraum 312 ist mit einer Brennraumauskleidung 316 versehen· Diese Auskleidung kann aus einem porösen, keramischen Material, ähnlich Pyroceram bestehen. Die Innenseite der Auskleidung weist eine Vielzahl von unregelmäßigen Vorsprüngen 318 auf, die entlang des Innenumfangs der Auskleidung angeordnet

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sind. Die dadurch gebildete unregelmäßige Oberfläche bewirkt eine Turbulenz, wenn Brennstoffe in die Brennkammer geleitet werden wodurch die vollständige Vermischung der Brennstoffe unterstützt wird. Außerdem werden von den VorSprüngen Druckwellen gebrochen, die anderenfalls vor allem unter Resonanzbedingungen zerstörende Wirkungen in der Brennkammer haben und zu Verlusten des Verbrennungswirkungsgrades führen. Die beliebig unregelmäßigen Oberflächen/entschärfen die Druckwellen bzw. deren Wirkung dadurch, daß sie die Energie in vMe Richtungen reflektieren und streuen und den Aufbau von Druckwellen in einer Richtung verhindern.

Die Brennkammerauskleidung 316 ist mit einem Katalysator, z. B, Platin oder einem anderen geeigneten Material getränkt, um sicherzustellen, daß die Verbrennung von Gasen in der Kammer bereits bei einer relativ niedrigen Temperatur eingeleitet wird. Das keramische Material selbst, das einen niedrigen Wärmeleitungs- bzw. Wärmeübergangskoeffizienten hat, sorgt dafür, daß die Temperatur der Auskleidung 316 von einem zum nächsten Verbrennungstakt auf einem hohen Wert bleibt. Dies trägt dazu bei, daß die Verbrennung in jedem aufeinanderfolgenden Zyklus unverzüglich eingeleitet wird. Sobald dieses Material während eines Verbrennungsvorgangs erhitzt worden ist, leitet es ; einen ständigen Wärmefluß von dem Brennraum 320 zum inneren Zylindergehäuse bzw. zur Brennraumwand 312.

Die Brennraumwand 312 besteht aus einem festen, zähen Material, z. B. einer WoIfram-Kobalt-Legierung, das relativ gute Wärraeleiteigenschaften hat und dadurch den Wärmeübergang aus dem Brennraum in den Dampfmantel 314 erleichtert.

Die Deckelabschnitte 302 und 304 haben eine zweifache Funktion. Sie bilden einerseits Abschlüsse für den Dampfmantel 314 und den Brennraum 320 und andererseits ein Gehäuse zur Aufnahme von Ventilen und Kanülen zur Zu- und Abfuhr von Wasserdampf, Luft, Brennstoff und Abgasen·

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Die Deckelabschnitte 302 und 304 weisen Ringnuten 322 oder 324 auf, in die die beiden Stirnenden des Außengehäuses 310 eingesetzt sind. In ihnen sind ferner kreisförmige Ausnehmungen 326 bzw. 328 vorgesehen, in die die Enden der Brennraumwand und der Brennraumauskleidung 312 und3l6 eingesetzt sind. Eine Zylinderkopfdichtung 330 ist in jeder Ringnut 322 und 324 angeordnet und dichtet die Enden des Gehäuses 310 ab. Auch in den kreisförmigen Ausnehmungen 326 und 328 ist eine Zylinderkopfdichtung 332 zur Abdichtung des Mantels 314 und der Auskleidung 316 vorgesehen.

Die Innenflächen 334 und 335 der Deckelabschnitte 302 und 304 sind gerkümmt ausgebildet, so daß sie genau auf die Außenfläche 128a des zentralen Rotorgehäuses 128 passen. Nuten und 337 sind in den zugehörigen Oberflächen 334 und 335 ausgebildet; sie nehmen Dichtungen 337a und 337b auf, welche einen dichten Anschluß an den Gehäusen 124 und 126 des Sekundärrotorabschnitts herstellen, wenn die gesamte Rotationsmaschine in der in Fig. 3 dargestellten Weise zusammengebaut ist.

Im Xnneren der Endstücke 302 und 304 sind durchgehende Kammern 338 und 340 ausgebildet, welche Wasser oder Dampf zum Einführen, in den Dampfmantel 314 aufnehmen. Eine Reihe von Kanälen 342 führt von dem Innenraum des Dampfmantels 314 zur Kammer 338. Bei der dargestellten Ausführung (Fig. 19) sind acht Kanäle 342 vorgesehen. Identische Kanäle 344 führen auch von dem Dampfmantel 314 zur Kammer 340. Außerdem sind in den Endstücken bzw. Deckelabschnitten 302 und 304 »ehrere Ventile und Verbindungskanäle ausgebildet, die den Eintritt und Austritt von Wasser oder Dampf in den und aus dem. Dampfmantel

314 ermöglichen, Luft in den Brennraum 320 einleiten und Abgase aus dem Brennraum zu den Expansionskammern führen.

Zwei dieser Ventile sind in den Kanälen 346 und 348 (Fig. 18 und 19) eingebaut, die von den Flächen 334 und 335 über Durch-Kanäle in den Sekundärrotorabschnitten 124 und 126

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führen und auf die nachfolgend noch genauer eingegangen wird. Kontrollventile 350 und 352 sind in den Kanälen 346 und 348 eingebaut. Sie steuern die Zufuhr von vorgewärmtem.Wasser und/ oder Dampf aus den Sekundarrotorgehäusen 124 und 126 zu den Kammern und 338 und 340 bzw. über die Kanäle 342 und 344 zum Dampfmantel 314, wo das Wasser oder der Dampf auf etwa 290° C

2 erhitzt wird und einen Dampfdruck von angenähert 70 kg/cm hervorruft. Wenn der Druck in der Brennkammer 320 nachläßt, öffnet dieser vorgeheizte, unter hohem Druck stehende Dampf ein herkömmliches Ventil, z. B. ein federbelastetes Kontroll— ventil 354 in einem Kanal 356 (Fig. 18), der die Kammer 338 mit dem Brennraum 320 verbindet. Der durch das Kontrollventil 354 in den Brennraum 320 einströmende Dampf reinigt letzteren von den Verbrennungsprodukten. Danach folgt der Dampf den Verbrennungsprodukten in die Expansionsräume der ersten Expahsionskammer 40. Jedes der vorgenannten Kontrollventile wird durch Differenzdruck betätigt. Wärme wird durch die Brennraumwand 312 auf den im Dampfmantel 314 befindlichen Dampf übertragen, wodurch letzterer weitererhitzt wird. Wenn der sich reduzierende Dampfdruck denjenigen Wert erreicht, der die Ventile 350 und 352 anfänglich zum Öffnen gebracht hatte, übersteigen die Kräfte der Kompressionsfedern in diesen Kontrollventilen den Restdruck in den Kanälen 346 und 348 und bewirken das Schließen dieser Ventile. Das Kontrollventil 354 arbeitet in ähnlicher Weise.

In den beiden Endstücken 302 und 304 ist ein Kanal 360 mit einer Mündung 358 zum Brennraum 320 (Fig. 19 und 20) vorgesehen, der einen Seitenzweig 362 hat, in welchem ein Überdruckventil 364 (Fig. 17 und 18) zum Schutz gegen Überdruck während des Verbrennungsvorgangs vorgesehen ist. Der Kanal 316 steht auch mit der Oberfläche 334 des Ventilgehäuses in Verbindung. In dem Kanal 360 ist nahe der Fläche 334 ein Schnarchventilsitz 366 angeordnet, der den Sitz für ein Schnarchventil 368 bildet, dessen Kopf auf dem Sitz 366 ruht. Bei dem nachfigend noch zu beschreibenden Öffnen des

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Schnarchventils können Verbrennungsprodukte (Abgase) und Dampf aus dem Brennraum 320 in eine der Expansionskammern 150, die in der primären Rotationsantriebsmaschineneinheit 120 ausgebildet sind, eingeleitet werden.

Luft wird in den Brennraum 320 aus Luftkanälen 370 und 37 2 eingeleitet, die mit demBrennraum 320 von einer oder beiden zugehörigen Oberflächen 334 oder 335 der Ventilgehäuse 302 und 304 kommunizieren. In jedem derartigen Kanal 370 ist ein Kontrollventil 374 eingebaut. Das Kontrollbzw. Steuerventil 374 bleibt während des Verbrennungsprozesses geschlossen und öffnet aufgrund eines Differenzdruckes, wenn der brennraumseitige Druck durch Öffnung des Ventils 368 absinkt.

"Etwa zentral im Ventilgehäuse 304 ist eine Brennstoffeinspritzdüse 376 angeordnet, die einen fein verdüsten Strahl abgibt. Die sofortige Einleitung der Verbrennung wird dadurch unterstützt, daß die Einspritzdüse 376 in den Brennraum vorstehend angeordnet ist und den Brennstoff gegen die Wand 316 unter maximaler Zerstäubung richtet. Die Düse 376 ist in herkömmlicher Weise gegenüber der Gehäusewärme durch geeignetes Material (nicht dargestellt) isoliert.

Wie am besten in den Figuren 3 und 5 zu sehen ist, verbindet eine Sammelleitung 378 die verschiedenen Brennstoff-Einspritzdüsen 376. Geeignete Steuermittel, die sowohl herkömmlicher als auch spezieller Ausbildung sein können, wirken auf die Düsen 376 in der Weise ein, daß die richtige Einspritzfolge gewahrt bleibt.

Eine Glühkerzenleitung 382, agitieren Ende, eine Glühkerze 384 angeschlossen ist, ist auf der der Einspritzdüse 376 gegenüberliegenden Seite durch das Ventilgehäuse 304 in den Brennraum 320 durchgeführt. Isolationsmaterial 386 umgibt die . Leitung 382. Die Leitung ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Energiequelle verbunden, über die die Glühkerze 384 während des Betriebs ständig glühend gehalten wird. Hierdurch wird die Sicherheit der Zündung des Brennstoffes und der vollständigen Verbrennung erhöht· fin'flgifi/flZiÄ

Im folgenden wird erneut auf Fig. 3 bis 6 Bezuggenommen. Die sekundären Rotorabschnitte 124 und 126 weisen jeweils sekundäre Rotorgehäuse 390 und 392 auf, welche gewöhnlich identisch ausgebildete linke und rechte Abschnitte sind. Die Gehäuse 390 und 392 weisen jeweils Ringflan_sche 394 (nicht dargestellt) und 396 an den innenliegenden Enden auf, die in die Nuten 336 und 337 in den Enden der Brennraumanordnung 122 einfassen. Diese Ringflan^sche 394 und 396 stoßen im eingebauten Zustand gegen die Ventilplatten 398 und 400. Die Ventilplatten sind ihrerseits dichtend an den gegenüberliegenden Enden des Primärrotorgehäuses 128 angelegt.

Zwei End— oder Ventilplatten 402 und 404 sind dichtend an die äußeren Stirnseiten der zugehörigen Sekundärgehäuse 124 und 126 angesetzt. An den Außenflächen deser Endplatten sind zwei Getriebegehäuseplatten 406 und 408 dicht aufgesetzt, die jeweils ein Öldichtungsgehäuse 410 bzw. 412 enthalten.

In den beiden Sekundärrotorgehäusen und den ihnen zugeordneten beiden Endplatten sind zwei Sekundärkammern 314 und 316 von gleichem Durchmesser jedoch größerer Länge als die im Primärrotorgehäuse 128 gebildete Kammer ausgebildet. Jede dieser Kammern weist eine Rotüranordnung auf, die mit Ausnahme der Länge die selbe Ausbildung wie die obenbeschriebene. Primärrotoranordnung hat. In der Regel sind diese Sekundärrotoranordnungen 418 und 420 jedoch auf Kurbelwellenabschnitten 422 und 424 angeordnet, die gegenüber dem Kurbelwellenabschnitt 134 in dem Primärrotorabschnitt um 180 ° versetzt sind. Die Kurbelwellenabschnitte sind in herkömmlichen Kurbelwellenlagern 425, 428, 430 und 432 in den entsprechenden Ventilplatten drehbar gelagert. Die Kurbelarme 427 und 429, die aus den Lagern 426 und 428 herausgeführt sind, verbinden und halten die Sekundärkurbeltaöpfung 420. In ähnlicher Weise verbinden die Kurbelarme 431 und 433 die Lagerabschnitte. 428 und 430 mit der Kurbelköpfung 134. Ein drittes Paar von" Kurbelarmen 435 und 437 verbinden die Lagerabschnitte 430 und 432 mit dem Kopfabschnitt 424. Die Ausgangswellen 434 und

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der Kurbelwelle sind jeweils mit den äußeren Enden der Kurbelwellen-Lagerabschnitte 426 und 432 verbunden und dienen mit ihren nach außen vorstehenden Abschnitten als Abtriebswellen.

Jede der Ventilplatten 398 und 400, die jeweils als entgegengesetzt gleiche Bauteile ausgebildet sind, weist am entgegengesetzten¹ iQihgnuten 442 und 444 auf.

Nocken 446 und 448, die an den Kurbelarmen 429 bzw. 431 angebracht sind, greifen in die Ringnuten 442 und 444 in der Platte 398 ein und öffnen die in der Ventilplatte 398 angeordneten Ventile in Abhängigkeit von der Drehlage der Kurbelwelle. Die Ventilplatte 400 weist identische Nocken auf, die an den Armen 433 und 435 befestigt sind und in die Ringnuten 442 und 444 eingreifen. In ähnlicher Weise ist jede Ventilplatte 402 bzw. "404 an ihrer Innenseite mit einer Ringnut 450 versehen. In diese: Ringnut faßt ein Daumen bzw. Nocken 452 ein, der mit dem benachbarten Kurbelarm verbunden ist.

Die Ventilplatten 398 und 400 weisen identische Doppelreihen von Ventilen zum Einlaß und Auslaß von Druck- und Abgasen auf. Jedes Ventil ist etwa radial in der Platte angeordnet. Wie am besten in Fig. 6 zu sehen ist, weist beispielweise die Ventilplatte 398 acht Einlaßventile 368. Wie ferner in Fig. 18 gezeigt ist, sind die Ventilköpfe in dem von dem benachbarten Brennraum ausgehenden Auslaßkanal 360 angeordnet, und die Ventilstangen enden in der Ringnut 444. In ähnlicher Weise ist eine zweite Reihe von Ventilen 454 vollständig in der Ventilplatte 398 angeordnet. Die Köpfe dieser Ventile schließen die Kanäle bzw. Zugänge 456, welche von einer Expanstoskammer in den Primärrotorabschnitt 128 zu einer benachbarten Expansionskammer im Sekundärrotor 124 führen. Auf diese Weise kann der Gasstrom zwischen diesen beiden Kammern gesteuert werden.

Wie oben erwähnt, enthält die VentiljDlatte 400 identisch gerichtete und angeordnete Ventile und Kanäle.

Jede der Ventilplatten 402 und 404 weist ähnlich gerichtete,

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jedoch doppelt wirkende Ventile 458 auf, deren Köpfe in den die entsprechenden Expansionskammern der Sekundärgehäuse 124 und 126 mit Einlaßringkammern 462 verbindenden Kanälen 460 angeordnet sind. Die Einlaßkammern 462 sind von Auslaßringkammern 466 durch Wände 464 getrennt. Ein Einlaßkanal 463 führt zu jeder Ringkammer 462 und ein Kanal dient als Auslaß zu den Brennräumen 122. Gegebenenfalls können getrennte Einlaß- und Auslaßventile die doppelt wirkenden Ventile 458 ersetzen.

Im Hohlraum 468 der Getriebegehäuse 406 und 408 (Fig. 4 und 6) sind mehrere Planetengetriebe 470 angeordnet, die jeweils mit der Welle eines kleinen Kurbelbauteils 140 verbunden sind und dieses steuern. Jedes Planetengetriebe 170 wird über ein Zwischenrad 17 2 von einem Zahnrad 474 angetrieben, das auf dem entsprechenden Kurbelwellenlagerabschnitt 426 bzw. 432 sitzt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines besonders gestalteten Pilotventils ist in Fig. 8 dargestellt. Bei diesem Ventil kann es sich um das vorbeschriebene Ventil 368 zwischen dem Brennraum 122 und der mit ihm verbundenen Primärexpansionskammer handeln.

Da der Druck in dem Brennraum relativ hoch ist, wäre eine beträchtliche Kraft zum Öffnen eines herkömmlichen Ventils gegen diesen Druck erforderlich. Daher wäre ein Betätigungsnocken erforderlich, der die benötigte Kraft aufbringt, wobei jedoch sowohl der Nocken als auch der Ventilstößel in erheblichem Umfang abgenutzt werden. Daher ist die Verwendung des nachfolgend beschrLe.benen Pilotventils zweckmäßig, Bei Verwendung dieses Pilotventils wird zunächst ein kleiner Öffnungsquerschnitt freigegeben, über den das Druckgefälle verringert werden kann, wodurch das Öffnen des auptteils des Ventils erleichtert und die Abnutzungserscheinungen ver-.-ringert werden·

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254AÖ15

Bei dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispxel ist eine Ventilhülse 476 in der ihr zugeordneten Halterung, z.B. dem Körper der Ventilplatte 398, angeordnet. Diese Hülse weist die erforderlichen Druck- und Öldichtungen auf. Im vorliegenden Fall dürfte eine Gleitpassung mit enger Toleranz ausreichend sein. In der Hülse 476 ist axial ein primäres Rohrventil 478 eingesetzt, das als rohrförmiger Bauteil mit einem Kopf 480 an einem Ende und einer Flachseite 482 am anderen Ende ausgebildet ist. Der Kopf 480 weist mehrere Kanäle 484 auf, die von der unteren Seite des Kopfs zu einem konischen Ventilsitz 486 führen.

Coaxial im primären Rohrventil 478 ist ein Pilotventil 488 axial verschieblich angeordnet. Letzteres weist einen konischen Kopf 490 auf, der auf die konische Ventilsitzfläche 486 paßt und dessen konische Oberfläche bei Andruck an die Sitzfläche 486 die Kanäle 484 schließt. Das entgegengesetzte Ende 492 des Rohrventils 488 ist normalerweise flach ausgebildet, wobei ein Nocken zur Betätigung des Ventilmechanismus an ihn angreifen kann.

Über ein Riegelbauteil 494 ist ein Haltering 496 am Rohrventil 488 befestigt. Der Haltering bildet mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 497 ein Widerlager für eine innengelegene Druckfeder 498, die zwischen der Stirnfläche 482 des Primärventils 478 und dem Haltering verspannt ist. Der Haltering 496 bildet mit einem erweiterten Banschteil auch das Widerlager für eine größere Druckfeder 500, die den kegelstumpfförmigen Abschnitt 497 des Halterings, die kleinere Feder 498 und die Endabschnitte der Primär- und Pilotventile coaxial umgibt. Sie drückt gegen eine an der· Ventilplatte 398 geeignet vorgesehene Fläche zu.

Wenn ein Nocken gegen das Ende 492 des Rohr- oder Schnarchventils 488 drückt, wird das Rohr- oder Pilotventil entgegegen den Belastungen durch die Feder 500 und 482 sowie entgegen dem Druck über dem Rohrventil aufwärts gedrängt. Bei seiner Aufwartsbewegung werden die Kanäle 484 geöffnet,

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wodurch ein Druckausgleich stattfinden kann. Sobald der Druck ausgeglichen ist, drückt die konstant gegen Primärventil 478 wirkende kleinere Feder 498 das Primärventil aufwärts, öffnet das Ventil vollständig und läßt das Gesamtvolumen des über dem Ventilkpf 480 befindlichen, unter Druck stehenden Gases, in die Expansionskammer ausströmen. Es ist zu erkennen, daß eine nur sehr geringe Kraft zum Öffnen des Ventils erforderlich ist, sobald der Druck über dem Ventilkopf 480 abgeglichen ist.

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Das mit verzögerter Expansion arbeitende Antriebssystem nach der Erfindung ist in seiner Primärkonfiguration sehe— matisch in Fig. 20 dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die oben beschriebene, mit verzögerter Expansion arbeitende Maschine eine Primärkomponente der üblichen Systerakonfiguration nach Fig. 2 darstellt, daß die Verwendung dieser Maschine jedoch für die geeignete Funktion des Systems nicht zwingend erforderlich ist. So kann beispielsweise eine herkömmliche Brennkraftmaschine bei dem erfin— dungsgemäßen System verwendet werden, ohne daß die im einzelnen beschriebenen Vorteile verloren gehen.

Das Maschinensystem weist zwei Antriebsmaschinen, nämlich eine Priroärmaschine und eine Zusatzmaschine auf, die einander ergänzen. Sie sind in geeigneter Weise miteinander und mit den peripheren Bauteilen der Hilfsausrüstung verbunden. Die Gesamtkombination dieser und anderer Systemelemente wirkt zusammen und bildet ein voll funktionsfähiges, mit hohem Wirkungsgrad arbeitendes- und von schädlichen Auspuffstoffen freies Antriebssystem.

Der Wirkungsgrad der Primärmaschine ist, wenn diese als Maschine mit verzögerter Expansion in der oben beschriebenen Weise ausgebildet ist, höher als derjenige von herkömmlichen Brennkraft-Diesel- oder Dampfmaschinen. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, daß (a) die mit verzögerter Expansion arbeitende Maschine wegen der in der Maschine erreichten vollständigen Verbrennung einen höheren Prozentsatz der Brennstoffenergie nutzbar macht und (b) im Verbundbetrieb arbeitet, wodurch die Verbrennungsgase während ihres Expansionszyklus wirksamer ausgenutzt werden können. Außerdem verwendet die Primärmaschine normalerweise im Kühlwasser einer Brennkraftmaschine oder einer Dieselmaschine absorbierte Wärme zur Erzeugung von Dampf, der zum Antrieb des Systems beiträgt. Durch diese besondere Kombination wird der Wirkungsgrad des beschriebenen Maschinensystems auf wenigstens 50 %, unter idealen Bedingungen sogar auf 70 % erhöht· Dies stellt

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eine beträchtliche Verbesserung im Vergleich zu dem Wirkungsgrad von 10 bis 15 % bei herkömmlichen Verbrennungsmaschinensystemen dar.

Ein beträchtlicher Teil der Wärmeenergie geht während des herkömmlichen Verbrennungsprozesses verloren; tatsächlich geht weit mehr Wärmeenergie verloren, als tatsächlich zum Aufwärmen der Luft und der Verbrennungsgase beim Druckaufbau in den Brennräumen erforderlich ist. Derartige überschüssige Wärme wird normalerweise übertragen und von dem Kühlwasserabgeleitet.

Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen System diese Wärme energie zur Erzeugung von Hochdruckdampf ausgenutzt, der in den den Brennraum umgebenden Wassermantel eingeführt wird, wodurch nahezu die gesamte zur Verfügung stehende Wärmeenergie wirksam ausgenutzt werden kann.

Selbst bei dem vorliegenden System,bei dem eine Hälfte der Brennstoffenergie von dem Primärmaschinensystem bei dessen verzögerter Expansion ausgenutzt wird, wird die restliche Hälfte der Brennstoffenergie in den Abgasen, im Öl und im Metall der Primärmaschine aufgebraucht werden. Mit Hilfe des den Wirkungsgrad erhöhenden erfindungsgemäßen Systems wird jedoch die in das Öl und das Metall übertragene Wärmeenergie, die anderenfalls verloren ginge, auf das Wasser weitergegeben, bevor es in die Maschine injiziert wird. Dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad der Maschine wesentlich erhöht. Die in den Abgasen enthaltene Wärmeenergie wird auch wirksam ausgenutzt. Dies geschieht durch deren Überführung in flüssiges Freon, das in einem Wärmetauscher enthalten ist. Diese Freonflüssigkeit wird mit Hilfe dieser Wärmeenergie verdampft, in ein Hochdruckgas umgesetzt, das zum Antrieb einer Zusatzmaschine dient. Der im System erzeugte Dampf wird nach Abgabe seiner Wärme und Ausstoß aus der Maschine in Wasser kondensiert. Dieses Wasser wird zur Re-injektion in die Maschine gesammelt,wieder in Dampf ungewandelt und zur Kühlung der

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Maschine in einer kontinuierlichen Umlauffolge verwendet.

Da Wasserdampf ein Verbrennungsprodukt ist und schließlich in der zuvor beschriebenen Weise gesammelt wird, ist stets ein Wasserüberschuß im System zu Kühlzwecken vorhanden. Es

ist daher unnötig, dem System gemäß der Erfindung Wasser zuzuführen.

Im folgenden wird das Gesamtsystem beschrieben, das in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 510 bezeichnet ist. Die zentrale Antriebsleistungseinheit des Systems ist natürlich die Primärmaschine 512, die vorzugsweise in der zuvor beschriebenen Weise als mit verzögerter Expansion arbeitende Maschine ausgebildet ist. Selbstverständlich kann als Primärantriebsmaschine auch eine Brennkraftmaschine oder eine Dampfmaschine herkömmlicher Ausführung dienen.

Die Zündung der Brennstoff/Luftroischungen imSystem wird durch Schließen eines elektrischen Schalters 514 eingeleitet, der als Betriebsstromschalter einer Glühkerze 518 oder eine andere Zündvorrichtung in einer Schiene 512 mit der Batterie 516 verbindet.

Nach einer kurzen Zeitverzögerung von beispielsweise wenigen Sekunden wird ein zweiter elektrischer Schalter 520 geschlossen, der einen Anlaßmotor 522 an die Batterie 516 anschließt. Der Anlaßmotor 522 ist mit einer Antriebswelle 524 über ein Riemensystem 526 verbunden. Die Schalter 514 und 520 können ähnlich einem herkömmlichen Fahrzeuganlaßschalter auch in einem Doppelschalter zusammengefaßt sein.

Auf der Welle 524 sind ein Drehmomentenwandler 528 und ein automatisches Getriebe 530 drehfest angebracht. Das automatische Getriebe ist mit einer Einwegkupplung 532 verbunden. Die Kupplung ist über einen Riementrieb 536 und eine Antriebswelle 437 mit der Zusatzmaschine 534 verbunden. Eine Abtriebswelle 538, die an der entgegengesetzten Seite der Primärmaschine 512 nach außen vorsteht, treibt eine Wasser-Einspritz-

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pumpe 540, eine Brennstoff-Einspritzpumpe 542, ein Luftgebläse 544,das als Aufladeverdichter für die Primärmaschine 512 wirkt, ein Antriebssystem546 für den elektrischen Generator 548 und einen Belüftungskompressor 550 sowie einen Kühlerventilator 552 an, der Luft durch einen benachbart angeordneten Freonkompressor 554 ansaugt.

Eine elektrische Leitung 556 verbindet die Batterie 516 mit den Schaltern 514 und 520 und endet jeweils am Anlaß— motor 522, an der Glühkerze 518 und dem Generator 548 und liefert den Betriebsstrom für diese Elemente. In ähnlicher Weise sind diese Komponenten über eine weitere elektrische Leitung 558 mit dem anderen Pol der Batterie 516 verbunden. Diese Leitung ist mit der Erde der Maschine 512 verbunden.

Die Wasser-Einspritzpumpe 540 drückt durch eine Leitung 559 Wasser in die Primärmaschine 512. Der Wasserstrom ist durch ein Temperatursteuerventil 560 gesteuert. Die Brennstoffzufuhr zur Primärmaschine 512 erfolgt von der Brennstoffeinspritzpumpe 542 entsprechend der Einstellung eines Brennstoff-Zufuhrventils (Gaspedal) 564 über eine Brennstoff-Zufuhrleitung 562.

Komprimierte Luft wird über eine vom Aufladeverdxchter 544 kommende Leitung 566 in die Einlaßkammern 466 auf beiden Seiten der Primärmaschine 512 zugeführt. Die Luft wird durch geeignete Richtungsbleche, die in Fig. 20 schematisch durch das Bezugszeichen 568 dargestellt sind, vom Propeller 552 durch den Kompressor 554 zum Aufladeverdichter 544 angesaugt.

Durch den Aufladeverdichter 544 läuft eine Wasserkühlschlange 570, welche durch einen Wasserfilter 571 aus einem Wärmetauscher 57 2 kommt. Nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher 57 2, den Filter 571 und den Aufladeverdichter 544 wird das in der Schlange 570 enthaltene Wasser zur Wasserpumpe 540 geleitet und von dort in die Primärmaschine 512 eingespritzt.

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Die Brennstoffpumpe542 wird von einem primären Brennstofftank 574 über eine Brennstoffleitung 576 gespeist. Eine zweite Leitung 578 führt Brennstoff aus dem Tank 574 zu einer kleinen katalytisch/Heizvorrichtung 580, die unter dem Wärmetauscher 572 angeordnet ist und vor allem bei niedrigen Umgebungstemperaturen für einen Frostschütz sorgt. Die Verwendung dieses Bauteils ist beliebig und hängt von den Arbeitsbedingungen des Systems ab.

Ein Kühlmittelkondensator 554, der von herkömmlicher Ausführung sein kann, weist eine Kühlmittel-führende Kühlspirale 582 auf. Das Kühlmittel gelangt von der Zusatzmaschine 534 über eine Leitung 584 zum Kondensator 554. Dort wird es in Dampfphase zugeführt, im Kondensator 554 kondensiert und einem Trockner 586 zugeführt. Das flüssige Kühlmittel vom Trockner 586 wird sodann über eine Leitung 588 einer gewöhnlich als Schraubenpumpe ausgebildeten Pumpe 590 zugeführt und gelangt von dort über ein Kontrollventil zum Wärmetauscher 574.

Die in diesem System vorzugsweise verwendeten Kühlmittel sind solche aus der Freongruppe, gewöhnlich Freon 11 oder Freon 12. Sie sind aufgrund ihrer Unbrennbarkeit, ihrer ausgezeichneten chemischen und thermischen Stabilität, ihrer hohen Dichte, ihres niedrigen Siedepunkts, ihrer niedrigen Viskosität und ihrer geringen Oberflächenspannung besonders günstig.

Die Freonpumpe 590 wird durch einen besonderen Steuerkasten 594 in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmetauschers 574 und des Freondampfs in den Freonleitungen des Wärmetauschers nach Maßgabe eines Thermostaten 596 gesteuert. Der Thermostat 596 ist mit dem Steuerkasten 594 über eine elektrische Leitung 598 verbunden. Der Steuervorrichtung 594 wird auch der durch einen Druckfühler 600 in einer Leitung 602 gemessene Freondruck in der Leitung 598 an der Abströmseite des Kontroll— knopfs 592 als Meßgröße zugeführt.

Durch eine Dampfleitung 604 und von der Primärmaschine 512

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kommende Zuführleitungen wird dem Wärmetauscher 574 Dampf zugeführt.

Das dem Wärmetauscher 574 über die Leitung 588 zugeführte flüssige Freon wird in einer Reihe von Schlangen 606 im.

Wärmetauscher verdampft und in einem Freon-Sammelbehälter 608 bei etwa 120° C-und 42 kg/cm Dampfdruck gesammelt. Danach wird es zum Antrieb der Zusatzmaschine 534 verwendet, wobei seine Zufuhr unter Steuerung durch ein mechanisch (614) betätigtes Drosselventil 564 durch die Leitung 610 erfolgt. Sobald das Freon in die Maschine 534 abgelassen wird, kann es im Verhältnis von 4 oder 5 zu 1 expandieren, wobei die im Freon enthaltene Energie zum Antrieb der Maschine dient. Der Grad der zugelassenen Expansion richtet sich nach der Zeit, in der die Einlaßventile (nicht dargestellt) offen gehalten werden. Die Maschine 534 kann beispielsweise die in der US-PS 3 743 457 beschriebene Ausführung haben oder ähnlich einem der Sekundärabschnitte 124 oder 126 der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein, wobei die Antriebsenergie einfach dadurch gewonnen wird, daß mehrere der Expansionskammern mit dem unter Druck stehenden Gas beaufschlagt werden.

Ein Ablaßventil 616 kann gegebenenfalls zum Ablassen des Kondensats aus dem Wärmetauscher 572 vorgesehen sein.

Ein Sammelbehälter 618 für Verunreinigungen ist austauschbar oder erneuerbar angebracht und fängt das kondensierte Wasser aus dem Wärmetauscher 474 auf, durch den die Abgase aus der Primärmaschine vor deren Ablassen aus einer Auspuffleitung 620 geleitet werden.

Zum besseren Verständnis werden im folgenden der Wärmetauscher 572 und der Verunreinigungsabscheider 618 genauer beschrieben, und zwar in Verbindung mit den Figuren 22 und 23.

Gase aus der Primärmaschine 512 treten bei einer Temperatur von angenähert 120° C aus. Da sie direkt zum Wärmetauscher

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über eine relativ kurze Abgasleitung 604 gelangen, haben sie auch beim Eintritt in den Wärmetauscher 57 2 etwa diese Temperatur. Daher steht eine beträchtliche Wärmeenergie zur Verfugung, die in diesen» System Arbeit zu leisten hat, wobei jedoch ein wirksames Untersystem zur Gewinnung und Nutzbarmachung dieser Wärme erforderlich ist.

Der Wärmetauscher 572 weist in bevorzugter Ausführungsform mehrere halbunabhängige Abschnitte auf, welche in der dargestellten Weise angeordnet sind. Die verschiedenen dargestellten Abschnitte werden von oben nach unten im folgenden als Abschnitte A, B, C und D bezeichnet.

Abschnitt A weist ein Gehäuse 622 mit einem Freon-Sammelbe— hälter 623 auf. Der Sammenbehälter 622, der den Sammelbehälter 608 in Fig. 20 bilden kann, ist einfach als relativ großvolumiger Vorratsbehälter ausgebildet. Gegebenenfalls kann er auch als Leitung 606 mit entsprechend vergrößertem Druchmesser ausgebildet sein. Eine Schlange 606 und eine Auslaßleitung 610 sind jeweils mit den unteren und oberen Enden des Behälters 623 verbunden. Die Schlange 606, die den Abschnitt B nahe dessen oberen Ende verläßt, tritt in das Gehäuse 622 relativ weit unten ein. In der Regel hat der im Abschnitt A befindliche Abschnitt der Schlange 606 einen größeren Durchmesser als diejenigen in den Abschnitten B, C und D.

Im Boden des Abschnitts A sind mehrere Löcher 624 ausgebildet, in die eine entsprechende Anzahl von Rohren 626 eingesetzt sind. Diese Rohre sind in den Löchern bzw. Bohrungen 624 befestigt und erstrecken sich nach unten in den Abschnitt B bis kurz über dessen Bodenwand.

Ähnlich dem Abschnitt A hat auch der Abschnitt B eine Wand 628; Abschnitt C hat eine Wand 630 und Abschnitt D hat eine Wand 632. In mehreren Löchern 634 der Bodenwand des Abschnitts B sind Rohre 636 befestigt, die sich von der Wand aus nach oben uncJtmten erstrecken. Sie reichen bis in die Nähe der Wand

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622 des Abschnitts A und nach unten ebenfalls bis in die Nähe der Bodenwand 630 des Abschnitts C.

Auch der Abschnitt C ist mit mehreren Rohren 638 ausgestattet, die sich nach oben und unten durch Löcher 640 in der Wand

630 erstrecken und nahe der Wand 628 des Abschnitts B bzw. der Wand 632 des Abschnitts D enden.

Die Freonschlange 606 ist in den entsprechenden Abschnitten in unmittelbarer Nähe der zuvor erwähnten Rohre angeordnet. Die Rohre 626, 636 und 638 sind mit den zugehörigen Bodenwänden verlötet, verschweißt oder in anderer Weise verbunden. Ihre Durchmesser sind ansich unkritisch, jedoch müssen ihre Abmessungen so gewählt sein, daß sie einen ungehinderten . Durchfluß der Auspuffgase und des Kondensats ohne übermäßigen Rückdruck im System ermöglichen.

Eine typische Vorrichtung zur Verbindung der verschiedenen Behälterabschnitte ist in Fig. 22 gezeigt. Die Tankwand 622 des Abschnitts A weist beispielsweise einen Flanschteil 642 auf, der mit einem ähnlichen Flansch 644 an dem oberen Umfang der Behälterwand 628 des Abschnitts B verschraubt ist. Eine herkömmliche Dichtung 646 kann an einem oder beiden Flanschen 64 2 und 644 vorgesehen sein.

Eine Ablaßleitung 648 ist am Bodenabschnitt der Wand 628 des Abschnitts B angeordnet, durch die nach Öffnen eines Ventils 650 der Tankabschnitt voll-ständig entleert werden kann. Diese Ablaßleitung dient zusammen mit dem Steuerventil auch zur Überführung des im Tankabschnitt B gesammelten Kondensats zur Maschine 512, falls dies sich als erforderlich erweisen sollte. Eine Zweigleitung 652 geht von der Leitung 648 aus und führt schlangenartig durch den Tankabschnitt C. Diese Zweigleitung 652 tritt an der Bodenwand 630 in den Tankabschnitt D ein, wird auch durch diesen Abschnitt schlangenförmig durchgeführt und tritt durch die Wand 632 des Abschnitts D aus. Am Ende dieser Leitung ist ein Steuerventil 654 vorgesehen.

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Getrennte Ablaßleitungen 656 und 658, die durch Ventile 660 und 662 geschlossen sind, sind auch den Tankabschnitten C und D zugeordnet. Hinter den Ventilen 650 und 654 werden die Leitungen 648 und 652 gewöhnlich zusammengeführt, um die Überführung des Kondensats zur Maschine zu erleichtern.

In einem Arbeitszylkus der Maschine sind Abgase und Kondensat in den verschiedenen Tankabschnitten enthalten. Flüssiges Freon gelangt über die Leitung 588 in den Wärmetascher und tritt über die Schlange 606 mit einem Kondensat und den Abgasen in eine Wärmetauscherbeziehung. Während des Durchlaufs durch die Schlange 606 wird von dem flüssigen Freon eine beträchtliche Wärmemenge absorbiert, wodurch die Freonflüssig— keit verdampft.

Der größte Teil der Energie der den Wärmetauscher 572 über die Leitung.604 erreichenden Abgase ist in dem Wasserdampfabschnitt in Form von Verdampfungswärme enthalten. Die Temperatur im Abschnitt A bleibt nahezu konstant, obwohl Freon in diesem Abschnitt zumindest vorverdampft wird. Das Freon in den Schlangen 606 ruft einen Dampfdruck von angenähert 43 kg/cm hervor, wenn die Freontemperatür 120° C beträgt. Angenähert 6 kg von Freon 12 können mit 0,45 kg Wasserdampf verdampft werden, wenn das Wasser bei einer vorgegebenen Temperatur kondensiert. Angenähert zwei Volumeneinheiten von Freon werden mit einer einzigen Volumeneinheit von kondensiertem Wasser in diesem Warmetauschverfahren gebildet.

Wenn die Maschinenabgase in den Abschnitt A des Wärmetauschers gelangen, kommen sie sowohl mit dem Freonbehälter 624 als auch dem Abschnitt der Freonschlange 606 in Kontakt, der einen relativ großen Durchmesser hat. Während des Wärme— tauschvorgangs wird ein großer Teil der im Abgas enthaltenen Energie freigesetzt und der im Abgas enthaltene Wasserdampf aus den 'Abgasprodukten kondensiert. Das kondensierte Wasser wird im Bodenbereich des Abschnitts A gesammelt und über die Rohre 626 in den Abschnitt B überführt· Dieses Kondensat

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baut sich sodann im Abschnitt B soweit auf, bis es das durch die oberen Enden der Rohre 634 definierten Niveau erreicht. Sodann fließt es über diese Rohre nach unten in Abschnitt C, wo sich der zuvor beschriebene Vorgang wiederholt. Das Kondensat steigt also auch im Abschnitt C soweit, bis es über die oberen Enden der Rohre 640 in den darunterliegenden Abschnitt D fließt und auch diesen Abschnitt bis zum einem Auslaß 664 in der Nähe der Decke des Abschnitts D füllt.

Die in Abschnitt A teilweise heruntergekühlten Abgase werden ebenfalls über die Rohre 626 nach unten geleitet. Sie perlen sodann durch das in Abschnitt B aufgefangene Kondensat nach oben, wobei sie wiederum ihre Wärme an das Kondensat abgeben. Obwohl die Temperatur im Abschnitt B nahezu gleich derjenigen im Abschnitt A ist, befindet sich bereits der größte Teil der Wärmeenergie zu diesem Zeitpunkt im Kondensat, so daß ein außergewöhnlich wirksames Wärmeübertragungsmedium für das in den Schlangen 606 in diesem Abschnitt enthaltene flüssige Freon gebildet ist.

Der WärmeübergangsVorgang setzt sich fort, wobei die verbleibenden Abgase mit dem überfließenden Kondensat aus dem Abschnitt B durch die Rohre 634 in den Abschnitt C gelangen. In diesem Abschnitt perlen sie wieder durch das Kondensat nach oben und von dort gelangen sie durch die Rohre 638 in den Abschnitt D.

Da ein beträchtlicher Teil der Wärme aus den Abgasen in Abschnitt B in das Kondensat überführt wird, bleibt im Abschnitt C nur noch ein entsprechend geringerer Teil für die Wärmeübertragung. Daher ist die Temperatur im Abschnitt C wesentlich niedriger als im Abschnitt B. Aus demselben Grund ist die Temperatur des Kondensats im Abschnitt D wiederum niedriger.

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Wie im Zusammenhang mit der Rotationsmaschine gemäß Fig. 3 bis 20 erläutert wurde, verbessern die in dem Brennraum her-. vorgerufenen hohen Temperaturen die Verbrennung und tragen zu dem hohen thermischen Wirkungsgrad der Maschine bei. Generell ist derthermische Wirkungsgrad umso größer, je hoher ' die Verbrennungstemperatur ist. Diese hohe Temperatur führte jedoch wegen des Gehalts der Luftmischung an Stickstoff und Sauerstoff zu einer prozentual beträchtlichen Produktion von Stickstoffmonoxid (NO), wenn die Temperatur 600° C übersteigt. Bei ca. 1480° C wird etwa 0,5 % Stickstoffmonoxid erzeugt. Dieser prozentuale Anteil steigt rasch auf etwa 4 % bei 2760⁰C an.

Aus diesem Grund enthalten die von der erfindungsgemäßen Ma- · schine in den Wärmetauscher gelangenden Abgase einen beträchtlichen Anteil an Stickstoffmonoxid. Wenn die Abgase mit dem kondensierten Wasser in Kontakt kommen und in den entsprechenden Wärmetauscherabschnitten aufgefangen werden, wird das Stickstoffmonoxid auf seine Formationstemperatur von 600⁰C im Beisein von Sauerstoff herabgekühlt. Dadurch ergibt sich die Umwandlung in Stickstoffdioxid (2NOp) mit der folgenden Reaktion:

2NO₂ + O₂ ΞΞ 2NO₂

Es werden auch Schwefeldioxid (SOp) und andere chemische Verbindungen erzeugt. Es ist. zu beachten, daß Stickstoffmonoxid nur geringfügig in Wasser löslich ist, während Stickstoffdioxid durch Wasser unter Bildung einer wässerigen Lösung aus salpetriger Säure und Salpetersäure in der folgenden Reaktion zersetzt wfrd:

2NO₂ + H₂O ^U HNO₂ + HNO₃ Wenn Stickstoffmonoxid, der sich bei der Verbrennung bildet,

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bei einer Temperatur von etwa 600⁰C in die Atmosphäre abgelassen wird, bevor er mit. Sauerstoff unter Bildung von Stickstoffdioxid in der Maschine reagiert hat, findet diese Reaktion in der Atmosphäre statt. Da Stickstoffdioxid braun ist, ruft er einen Atmosphärenzustand hervor, der gewöhnlich als •smog¹ bezeichnet wird. Da die Auspuffgase bei konventionellen Brennkraftmaschinen mit Temperaturen von mehr als 600⁰C ausgestoßen werden, ergeben sich die großen Mengen an Stickstoffmonoxid und 'smog¹.

Das Stickstoffdioxid, das Schwefeldioxid und in geringerem Umfang andere Abgase des beschriebenen Maschinensystems werden insbesondere in Abschnitt C des Wärmetauschers durch das Wasser absorbiert, wobei sich eine wässerige Lösung aus salpetriger Säure und Salpetersäure bildet und aus dem Schwefeldioxid schwefelige Säure gebildet wird. Während des Verbren— nungsvorgangs gebildetes Stickstoffmonoxid, das bis zum Erreichen des Abschnitts C in Stickstoffdioxid umgewandelt ist, reagiert mit der schwefeligen Säure unter Bildung von Stickoxid und verdünnter Schwefelsäure. Da das gebildete Stick— oxid in Wasser besser löslich als Schwefelmonoxid ist, unterstützt diese Reaktion wiederum die Absorption von Verunreinigungen.

Mit anderen Worten, die Abgase werden bei dem erfindungsgemäßen System durch Wasserinjektion und doppelte Expansion auf eine Temperatur von etwa 120⁰C gekühlt. Danach werden «ie mit Luft vermischt, der Wasserdampf wird kondensiert und die Stickoxide und die Schwefeldioxide werden absorbiert. Die restlichen Gase werden mit Wasser gereinigt, bevor sie in die Atmosphäre freigesetzt werden. Zusätzlich kann ein Teil des im Abgas enthaltenen Stickstoffmonoxid bei Vorhandensein von schwefeliger Säure im reinigenden Wasser in NpO umgesetzt werden. Wenn Schwefel im Brennstoff vorhanden ist, wird der Schwefel in Schwefeldioxid während des Verbrennungs-

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Prozesses umgesetzt. Schwefeldioxid reagiert mit Wasser unter Bildung von schwefeliger Säure, die wiederum reagiert mit Schwefelmonoxid wie folgt:

S₊O₂ = SO₂

SO₂ + H₂O = H₂ S0_

2NO + H₂SO₃ = N₂O + H₂ SO₄

Da SO₂ und N₀O in Wasser leicht löslich sind, ist das Waschwasser in dieser Stufe aus wässerigen Lösungen von salpetriger Säure, Schwefelsäure, Salpetersäure und schwefeliger Säure zusammengesetzt.

Wegen dieses Säuregehalts ist es zweckmäßig, die im Wasser absorbierten Säuren zeitweilig zu neutralisieren. Daher kann im Abschnitt C ein geeigneter Einlaß 663 angeordnet sein, durch den eine geeignete Menge von Ammoniumhydroxid oder Natriumhydroxid eingeführt werden kann. Ein Texl des riyaroxids wird von dem im Abgas enthaltenen Kohlendioxid in ein Karbonat umgesetzt. Das Karbonat reagiert sodann mit den Salpe-. tersäuren unter Bildung eines Nitrits, das gegebenenfalls zu einem Düngemittel weiterverarbeitet werden kann.

Das aus dem Wärmetauscherabschnitt D über einen Auslaß 664 abgezogene Kondensat wird in einen Separator-Behälter 666 eingeleitet, der einen Teil des Verunreinigungsabscheiders 618 bildet% Dieser Separator-Behälter 666 hat die Form eines länglichen Tanks und er weist eine zentral angeordnete Prallplatte 668 auf. Der Separator-Behälter 666 ist an den stationären Teil des Abscheiders angeschraubt oder in einer anderen Weise lösbar befestigt, damit er zu gegebener Zeit entleert werden kann.

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Ein Überlauf 674 verbindet den Separator-Behälter 666 mit einem Kondensatortank 676, der Kühllamellen 678 und ein Ablaßventil 680 an seinem unteren Ende aufweist. Dieser Kondensatorbehälter 676 ist gewöhnlich im Kühlluftstrom des Maschinenventilators angeordnet.

Zu diesem Zeitpunkt ist das Abgas der Primärmaschine sowohl von Wärmeenergie als auch von Verunreinigungen befreit. Es enthält jedoch noch eine große Menge an Wasserdampf, da es sich im Sättigungszustand nach dem Aufsteigen durch das Kondensat im Wärmeaustauscher befindet. Der größte Teil dieses Wasserdampfs wird aus den gesättigten Gasen im Kondensator— tank 676 entfernt. Die im wesentlichen trockenen Auspuffgase werden sodann über das Auspuffrohr 682 am oberen Ende des Kondensatortanks 676 abgelassen.

Wie oben bereits erwähnt, ist es bei dem erfindungsgemäßen System wegen der aus den Abgasen gewonnenen großen Menge an kondensiertem Wasser unnötig, dem System zusätzlich Wasser zuzuführen. Das im Wärmetauscher 572 kondensierte oder erzeugte Wasser kann in geeigneter Weise dem Wärmeaustauscher entnommen, zur Primärmaschine zurückgeführt und dort sowohl als Kühlmittel als auch als Injektionswasser für die Brennkammer verwendet werden. Dies geschieht ohne die Gefahr der. Korrosion, da das Wasser über die Leitungen 646 aus dem Abschnitt B des Wärmetauschers und/oder über die Leitung 652 abgezogen werden kann, also bevor die Säuren gebildet werden. Dieses Wasser befindet sich gewöhnlich auf einer Temperatur von angenähert 120⁰C. Das im Abschnitt D über die Leitung 6S2 entnommene Wasser ist in den Abschnitten C und D angenähert auf Umgebungstemperatur herabgekühlt. Durch geeignete Einstellung der Ventile 650 und 654 kann der den einzelnen Zonen des Wärmetauschers entnommene Wasseranteil ebenso eingestellt werden wie die Temperatur des Wassers.

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Von Bedeutung ist ferner die Tatsache, daß das in der Maschine verwendete Wasser auf Grund des Abziehens von Wasser aus dem Abschnitt B nur einen minimalen Anteil von Abgasverunreinigungen, z.B. Stickoxid, Kohlendioxid und Schwefeldioxid, enthält, da diese Gase im siedenden Wasser nicht absorbiert werden und das Wasser im Abschnitt B auf einer Temperatur nahe dem Siedepunkt ist. Dadurch wird eine weitere Filterung des Wassers vor dessen Rückführung überflüssig.

Die erheblichen Verbesserungen, die die Erfindung insbesondere hinsichtlich des Betriebswirkungsgrades erreicht, ergeben sich besonders deutlich bei vergleichender Betrachtung der Fig. 24, 25 und 26. Fig. 24 zeigt die schlechte Ausnutzung von 20 % der Brennstoffenergie in einer herkömmlichen Brennkraftmaschine. Die übrigen 80 % werden für das Kühlsystem (35 %), Reibung (10 %) und Abgase (35 %) verbraucht. Wie in Fig. 25 zu sehen ist, ist dieser Wirkungsgrad noch durch die Anbringung von Abgasreinigungsvorrichtungen, die jetzt z.T. gesetzlich vorgeschrieben sind, verschlechtert. Hierdurch wird der Gesamtanteil der nutzbaren Energie auf 10 % herabgesetzt.

Demgegenüber reduziert die Erfindung die Abgasverluste auf 10 % und die Wärmeverluste auf 10 %, während die Reibungsverluste selbstverständlich bei 10 % bleiben. Die dadurch am Ausgang verfügbare Energie von 70 % ist mit 50 % der Primärmaschine und mit 20 % den übrigen Verbesserungen des Systems zuzuschreiben. Da das System zu keiner atmosphärischen Verschmutzung führt, wären Abgasreinigungsvorrichtungen überflüssig. .

Auch Einzelheiten der zuvor beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind als erfindungswesentlich anzusehen.

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Claims

Patentansprüche

Mit verzögerter Expansion arbeitendes Antriebssystem, gekennzeichnet durch eine unter Druck stehende Gase aufnehmende und teilweise expandierende Primärexpansionsvorrichtung (40), eine mit der Primärexpansionsvorrichtung verbundene, die vorexpandierten Gase aufnehmende ' und weiter-expandierende Sekundärexpansionsvorrichtung (48,50), eine die Abtriebs 1 eis tungen aller Expansionsvorrichtungen aufnehmende, die Primär— und Sekundärexpansionsvorrichtungen miteinander verbindende Abtriebsvorrichtung (42) und eine Druckgas '-Erzeugungseinrichtung (12,18), die mit der Primärexpansionsvor— richtung (40) verbunden ist und die unter Druck stehenden Gase in die Primärexpansionsvorrichtung einspeist.
2. Antriebssystem ' nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär— und Sekundärexpansionsvorrichtungen als Rotationsmaschinen ausgebildet sind.
3. Antriebssystem· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär— und Sekundärexpansionsvorrichtungen als Hub— kolbenmotore ausgebildet sind.
4. Antriebssystem ' nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärexpansionsvorrichtung durch eine einzelne leistungserzeugende Einheit und die Sekundärexpansionsvorrichtung durch zwei leistungserzeugende Einheiten gebildet werden.
5. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgas-Erzeugungseinrichtung einen Brennraum, aus dem die Verbrennungsprodukte zur Primärexpansionsvorrichtung

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übertragen werden, und eine den Brennraum umgebende Wasser— aufnahmekammer (22) aufweist, wobei die Wasseraufnahraekammer geeignet ausgebildet ist, um erhitztes Wasser in den Brennraum abzugeben, sobald die Verbrennungsprodukte in die Pr imärexpansionsvorrichtung abgeführt werden.
6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wasseraufnahmekammer und der Sekundärexpansionsvorrichtung (48,50) ein Überdruckventil (60,61) angeordnet ist.
7. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein druckgesteuertes Ventil und ein Überdruckventil zwischen der Wasseraufnahmekammer und dem Brennraum angeordnet sind, die den Wasserzu- und -ablauf zwischen diesen Kammern steuern und einen Überdruck in dem Brennraum abbauen.
8. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilvorrichtung in den Verbindungsweg zwischen der Sekundärexpansionsvorrichtung und der Gas-Erzeugungseinrichtung zur Steuerung der Zufuhr an brennbarem Gas aus der Sekundärexpansionsvorrichtung zur Gas—Erzeugungseinrichtung vorgesehen ist.
9. Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufladeverdi-chte.r (554) mit der Sekundärexpansions— vorrichtung verbunden ist, der Luft in die Sekundärexpansions— vorrichtung und von dort über die Ventilvorrichtung in den Brennraum treibt.
10. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärrotationsmaschine eine Zylinderkammer, eine

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axial angeordnete Abtriebswelle mit einer exzentrischen Kröpfung, einen konzentrisch auf der Kröpfung angeordneten Rotor, mehrere radiale Flügel, die mit der Zylinderkammer in Gleitkontakt stehen, mehrere zwischen den Flügeln, dem Rotor und der Zylinderkammer gebildete Expansionskammern und eine neben jeder der Gas-Expansionskammern angeordnete getrennte Gaserzeugungseinrichtung aufweist, die der zugehörigen Expansionskammer unter Druck stehendes Gas zuführt.
11. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärexpansionsvorrichtung durch einen Zylinder mit hin— und hergehendem Kolben gebildet ist, mit dem beidseitig eine Abtriebswelle verbunden ist, daß die Sekundärexpansions— Vorrichtung durch ein Paar von Kolben—ZyIindervorrichtungen mit jeweils hin- und herlaufenden Kolben gebildet ist, wobei auf jeder Seite der Primärexpansionsvorrichtung eine Sekundärexpansionseinheit angeordnet ist und alle drei Einheiten durch eine gemeinsame Abtriebswelle miteinander verbunden sind, an der die Ausgangsleistung des Antriebssystems zur Verfügung steht, daß die Druckgas—Erzeugungseinrichtung einen zentralen Brennraum, Brennstoff— und Sauerstoff—Zuführ— Vorrichtungen zur Brennstoffversorgung, einen den Brennraum umgebenden Wassermantel zur Zufuhr von überhitztem Wasser, eine mit dem Wassermantel verbundene Wasser—Einspeisungsvor— richtung zur Einspeisung von vorgewärmtem Wasser, den Wassermantel mit dem Brennraum verbindende Kanäle, eine in den Kanälen angeordnete Ventilvorrichtung zur steuerbaren Einspeisung von überhitztem Wasser in den Brennraum, eine Druckgas-Steuervorrichtung zur aufeinanderfolgenden Überführung der Verbrennungsprodukte und des überhitzten Wassers aus dem Brennraum in die Primärexpansionsvorrichtung, eine Luftaufladevorrichtung, die mit den Sekundärexpansionsvorrichtungen verbunden ist, Gase aus diesen absaugt und eine Druckluftquelle zur Zuführung von Luft in den Brennraum bildet, und

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eine die Sekundärexpansionsvorrichtung mit dem Brennraum verbindende Steuervorrichtung zur steuerbaren Einführung von Gasen in den Druckraum aufweist.
12. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärexpansionsvorrichtung als Rotationsmaschine ausgebildet ist, daß die Sekundärexpansionsvorrichtung aus zwei Rotationsmaschinen besteht, von denen jeweils eine an jeder Stirnseite der Primärmaschine angebracht ist, wobei alle Rotationsmaschinen durch eine gemeinsame Abtriebswelle miteinander verbunden sind, daß die Druckgas—Erzeugungseinrichtung aus mehreren Einzelbrennräumen besteht, die an der Primärro— tationsmaschine angebracht sind, daß ferner eine Brennstoff- und Luft—Einspeisungsvorrichtung für die Brennräume vorgesehen ist, daß die Brennräume jeweils von einem Wasser— bzw. Dampfmantel umgeben sind, in dem Dampf erzeugbar ist, daß eine Vorrichtung zum Einführen von Wasser in den Wassermantel vorgesehen ist, daß durch Ventile verschließbare Verbindungswege zwischen dem Wassermantel und dem Brennraum zur Primärexpansionsvorrichtung vorgesehen sind, daß die Einführung von in der Primärexpansionsvorrichtung vorexpandierten Gasen in die Sekundärexpansionsvorrichtung durch eine Steuereinrichtung steuerbar ist und daß eine Vorrichtung zum Entfernen der weiterexpandierten Gase aus der Sekundärexpansions vor richtung vorgesehen ist.
13. Antriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär— und Sekundärexpansionsvorrichtungen ein zylindrisches Gehäuse und einen Rotor aufweisen, wobei in jedem Rotor mehrere, mit den Innenwänden des Gehäuses in konstantem Dichtungskontakt stehende Flügel gelagert sind, daß mehrere Expan ionskammern zwischen den Flügeln, dem Rotor und den Seitenwänden gebildet sind und daß eine Steuervorrichtung zur selektiven Einführung von Gasen aus dem entspre-

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chenden Brennraum in die Expansionskammern vorgesehen ist, die den Rotor und die Abtriebswelle in Drehbewegung versetzt.
14. Antriebssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel währ«
und Herbewegung macht,

daß jeder Flügel während der Rotorbewegung um 360° eine Hin—
15. Antriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Gehäuse der Sekundarexpansionsvorrich— tungen im wesentlichen gleiche Durchmesser jedoch größere Längen als das Gehäuse der Primärexpansionsvorrichtung haben und daß eine die Ventilvorrichtung aufnehmende Ventilplatte an jeder Stirnseite jedes Gehäuses zur Steuerung des Gasstroms in die und aus den Gehäusen angeordnet ist.
16. Antriebssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel mehrere gleitend ineinander greifende Segmente und eine Betätigungsvorrichtung aufweist, die an wenigstens einem der Segmente angreift und alle Segmente in dichtenden Kontakt mit der Zylinderwand drängt.
17. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher mit den Primär- und Sekundärantriebsmaschinen in Wirkverbindung steht und so ausgebildet ist, daß er die Abgase der Primärantriebsmaschine zum Antrieb der Sekundärantriebsmaschine verwendet.
18. Antriebssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompressor mit der Sekundärantriebsmaschine und dem Wärmetauscher verbunden ist, zur Aufnahme von erhitzten Gasen aus der Sekundärantriebsmaschine, zu deren Kompression und zur Kondensation dieser Gase geeignet ausgebildet ist, wobei das Kondensat zum Wärmetauscher geleitet wird.

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19. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbares Schnarch— bzw. Rohrventil zwischen der Primärexpansionsvorrichtung und der Druckgas—Erzeugungseinrichtung angeordnet ist.
20. Antriebssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnarch- bzw. Rohrventil ein Primärventil und ein in und koaxial zu diesem angeordnetes Pilotventil aufweist (Fig. 8).
21. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher einen Behälter mit einer Wärmetauschflüssigkeit, eine durch den Behälter, gegenüber diesem abgedichtet hindurchgeführte Rohrschlange zur Übertragung und Erwärmung des Kühlmittels und eine Abgas—Steuervorrichtung aufweist, welche Abgase aus der Maschine- aufnimmt und in die im Behälter enthaltene Flüssigkeit leitet.
22. Antriebssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in mehrere übereinander angeordnete Abschnitte unterteilt ist, daß jeweils benachbarte Abschnitte durch Rohre miteinander verbunden sind, durch die die Überführung der Flüssigkeit und der Abgase zwischen den einzelnen Behälterabschnitten erfolgt, und daß die Abgase zunächst durch die Abgassteuervorrichtung in einen oberen Abschnitt des Behälters eingeleitet werden.
23. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, da— durch gekennzeichnet, daß an den Abgasauslaß des Wärmetauschers ein Verschmutzungsabscheider angeschlossen ist.

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