DE10058738A1

DE10058738A1 - Rotary piston engine driven by hydrogen and oxygen has hermetically sealed combustion chamber sealed against leakage by sealing strips installed on roll surfaces and on end faces of pistons

Info

Publication number: DE10058738A1
Application number: DE2000158738
Authority: DE
Inventors: Heinz Anton Selic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-02

Abstract

The rotary piston engine driven by hydrogen and oxygen in accordance with Patent No. 196 28 785 A1 has a hermetically sealed combustion chamber sealed against leakage. To this aim, sealing strips are installed on the roll surfaces and on the end faces of the pistons (7,8). The sealing strips on the end faces are not located on the piston centers but somewhat offset yet parallel to the axis so that water can flow out centrally and wet the pistons on the end faces. These sealing strips slide parallel over sealing strips lying on the casing side, and have to be pressed against the casing wall by plate springs.

Description

Der Rotationskolbenmotor in der jetzigen Machart [1-6] funktioniert schon recht beachtlich, insbesondere wenn er mit Wasserstoff und Sauerstoff betrieben wird. Er hat die bis jetzt bekannten Merkmale erreicht und zum Teil übertroffen. Mit den uns zur Verfügung stehenden Mitteln ist Effizienz gemessen worden, die sich unter der zehn Prozent Grenze hält. Der Rotationskolbenmotor kann in der Form, wie er zunächst gebaut wird keine höheren Effizienzwerte erreichen. Der Motor wird mit Spalt zwischen den Kolben selbst und mit Spalt zwischen den Kolben auf der Stirnseite und dem Gehäuse betrieben. Dieser Spalt ist zunächst nur dafür gedacht, daß die Kolben sich berührungslos drehen können, und sich natürlich entsprechend der Wärmeausdehnung anpassen können. Der Spalt ist auch so gering wie möglich gehalten worden (< 0.03 mm). Aber eine Vergrößerung der Maschine fordert nun einen größeren Spalt, der zu größerer Leckage führt.The rotary piston engine in the current design [1-6] works quite well remarkable, especially if it is operated with hydrogen and oxygen. He has achieved the characteristics known so far and in some cases exceeded them. With the Efficiency available to us has been measured that holds ten percent limit. The rotary piston engine can be in the shape as it is initially built will not achieve higher efficiency values. The engine comes with Gap between the pistons themselves and with a gap between the pistons on the Front side and the housing operated. This gap is initially only intended for that the pistons can turn without contact, and of course accordingly can adapt to the thermal expansion. The gap is also as small as possible been kept (<0.03 mm). But now the machine needs to be enlarged a larger gap that leads to greater leakage.

Allein der kleine Motor hat nun in der letzten Meßperiode eine Leckage von 400 [barlit/min] gezeigt. Das ist eine hohe Leckrate, die sich auf ca. 90% der durchfließenden Gasmenge beläuft. Das erklärt auch die Effizienz von weniger als 10%. Wie kann der Motor eine geringere Leckrate bekommen? Wie kann der Rotationskolbenmotor in seiner Leistung gesteigert werden und wie erreiche ich eine höhere Effizienz?The small motor alone has a leakage of in the last measurement period 400 [barlit / min] shown. That is a high leak rate, which is about 90% of the amount of gas flowing through. That also explains the efficiency of less than 10%. How can the engine get a lower leak rate? How can he Rotary piston engine can be increased in its performance and how I achieve greater efficiency?

Die Grundidee ist von Wankel schon in seinem Motor angewandt worden.The basic idea has already been applied by Wankel in his engine.

Außerdem gibt es in jedem OTTO-Motor Dichtungsleisten. Jedoch hat die nun hier vorgeschlagene Idee
There are also sealing strips in every OTTO engine. However, the idea now proposed here has

a) another shape
b) a new arrangement
c) another sealing medium.

Die Form der Dichtungsleisten im Otto-Motor ist z. B. im Querschnitt ein einfaches Rechteck. Die Form der Dichtungsleisten im Rotationskolbenmotor muß aber konstruktiv angepaßt werden.The shape of the sealing strips in the Otto engine is e.g. B. in cross section simple rectangle. The shape of the sealing strips in the rotary piston engine must be but be adapted constructively.

Die Dichtleisten sind mehrfach angeordnet, da durch die Drehbewegung immer an einer anderen Stelle zwischen den Kolben abgedichtet werden muß. Zwischen Kolben und Gehäuse, das heißt an den Stirnseiten und an den Kolbenspitzen ist nur eine feste Position, an der abgedichtet werden muß. Dazu ist auch wichtig zu beachten, welcher Drehkolben gerade in der entsprechenden Position ist, um den Brennkammerdruck gegen Atmosphäre abzudichten.The sealing strips are arranged several times because they always turn on due to the rotary movement must be sealed somewhere else between the pistons. Between Piston and housing, that is, on the end faces and on the piston tips is only a fixed position where sealing is required. This is also important to note which rotary lobe is currently in the corresponding position by which Sealing the combustion chamber pressure against the atmosphere.

Ganz wichtig ist, daß nicht mit Öl abgedichtet wird, sondern mit Wasser, da sich der Wasserstoff nicht gut mit Öl verträgt. Das hat zusätzlich noch die üblichen Vorteile, wie zum Beispiel Temperatur Erniedrigung im Verbrennungsraum und eine dadurch hervorgerufene erhebliche Druckerhöhung die zum besseren Antrieb beiträgt.It is very important that you do not seal with oil, but with water, because the hydrogen does not tolerate oil well. It also has the usual ones Advantages such as temperature reduction in the combustion chamber and a significant increase in pressure caused by this for better drive contributes.

Structure of leakage reduction

Fig. 1 zeigt die Gas, d. h., der Wasserstoff (1) und die Luft (2), kommen getrennt über die Federventile (3, 4) über das Gaseinlaßsystem (13) in den Verbrennungsraum (6). Das Gas wird erst im Gasmischraum (5) zusammengeführt. Das Gemisch wird im Brennraum durch die dort eingebrachte Glühkerze (10) gezündet. Die Glühkerze ist nun so angebracht, daß sie nicht naß werden kann. Die im Brennraum nun vorliegende heiße und druckreiche Gasmenge (5, 6) darf nicht durch Spaltöffnungen entweichen. Deshalb muß dieser Bereich hermetisch abgeriegelt sein. Dafür sind nun neu auf den Kolben Dichtleisten vorgesehen und schon vorhanden sind auf der Einlaß-Seite die Federventile (3, 4). Fig. 1 shows the gas, that is, the hydrogen ( 1 ) and the air ( 2 ) come separately via the spring valves ( 3 , 4 ) via the gas inlet system ( 13 ) into the combustion chamber ( 6 ). The gas is first brought together in the gas mixing room ( 5 ). The mixture is ignited in the combustion chamber by the glow plug ( 10 ) introduced there. The glow plug is now attached so that it cannot get wet. The hot and high-pressure gas quantity ( 5 , 6 ) now present in the combustion chamber must not escape through stomata. This area must therefore be hermetically sealed off. For this purpose sealing strips are now newly provided on the pistons and the spring valves ( 3 , 4 ) are already available on the inlet side.

Jede konvexe Kolbenrundung hat beispielsweise 8 Dichtleisten (9). Dies genügt, da die Kolben orthogonal zueinander eingebaut sind. Das heißt, eine konvexe Seite liegt immer in einer konkaven Seite. Das führt dazu, daß in der konkaven Wölbung keine Dichtleisten notwendig sind.Each convex piston rounding has, for example, 8 sealing strips ( 9 ). This is sufficient because the pistons are installed orthogonally to each other. This means that a convex side is always on a concave side. This means that no sealing strips are necessary in the concave curvature.

Die Dichtleisten (9) haben zum leichteren Kontaktieren des Gehäuses eine Aufnahme (19), die ein Aufschlagen verhindern soll.To make it easier to contact the housing, the sealing strips ( 9 ) have a receptacle ( 19 ) which is intended to prevent them from opening.

Auf den Stirnseiten der Kolben (7, 8) ist jeweils nur eine Dichtleiste bis zur Abdichtungskante. Das heißt, auf jeder Stirnseite sind zwei Dichtleisten (17). Diese Dichtleisten (17) werden mit Plattfedern gegen die Gehäusewand gedrückt. Auf der Gehäuseseite liegt eine Dichtleiste (14), die gegen die Stirnseiten der Kolben drücken. Diese Dichtleisten (14) sind schräg, damit die Dichtleisten (17), ohne anzuschlagen, darüber gleiten können. So ist zwischen den Abdichtungskanten der beiden Wellen (7, 8) eine nicht rotierende Abdichtungskante (14) eingebaut. Sie verhindert einen Gasdurchsatz aus dem Brennraum zum Auspuff zwischen den Kanten der Kolbenwellen und dem Gehäuse.There is only one sealing strip up to the sealing edge on the end faces of the pistons ( 7 , 8 ). This means that there are two sealing strips ( 17 ) on each end face. These sealing strips ( 17 ) are pressed against the housing wall with flat springs. On the side of the housing there is a sealing strip ( 14 ) that press against the end faces of the pistons. These sealing strips ( 14 ) are inclined so that the sealing strips ( 17 ) can slide over them without striking. A non-rotating sealing edge ( 14 ) is installed between the sealing edges of the two shafts ( 7 , 8 ). It prevents gas flow from the combustion chamber to the exhaust between the edges of the piston shafts and the housing.

Zusätzlich zur Abdichtung wird über ein Wassereinlaßsystem (12) Wasser an die Dichtleisten (9) geführt. Dieses Wassereinlaßsystem (12) leitet Wasser direkt durch die Kolben in den Brennraum. Dadurch werden die Dichtleisten benetzt und somit zum einen abgedichtet und zum andern weniger erwärmt.In addition to sealing, water is led to the sealing strips ( 9 ) via a water inlet system ( 12 ). This water inlet system ( 12 ) directs water directly through the pistons into the combustion chamber. As a result, the sealing strips are wetted and thus sealed on the one hand and less heated on the other.

Ein Dichtungsring (18) verhindert ein Ausströmen des druckreichen Gases aus dem Brennraum (6) zum Auspuff oder direkt nach außen.A sealing ring ( 18 ) prevents the high-pressure gas from flowing out of the combustion chamber ( 6 ) to the exhaust or directly to the outside.

Eine weitere Dichtung ist zwischen den beiden Drehkolben vorgesehen. Wenn sich die beiden Kolben drehen, stehen sie in ganz bestimmten Positionen senkrecht zueinander. Diese Position ist als Beispiel in der Detailzeichnung "Y" so dargestellt. Die beiden Dichtleisten (9) liegen fast waagerecht eine oben eine unter der Wasserkapillare (12), durch die Wasser in das eingeschlossene Volumen (20) strömt. Dieses Volumen hat nicht nur einen Dichteffekt, es trägt auch erheblich dazu bei, daß Wasser in den Brennraum gelangen kann.Another seal is provided between the two rotary pistons. When the two pistons rotate, they are perpendicular to each other in certain positions. This position is shown as an example in the detail drawing "Y". The two sealing strips ( 9 ) lie almost horizontally one above the one under the water capillary ( 12 ), through which water flows into the enclosed volume ( 20 ). This volume not only has a sealing effect, it also contributes significantly to the fact that water can get into the combustion chamber.

Somit dürften alle Lecks beseitigt sein, die den Nutzungsgrad erheblich erniedrigen.Thus, all leaks should be eliminated, the degree of use significantly humiliate.

How leakage reduction works

Zunächst werden die Dichtleisten durch die Zentrifugalkraft gegen das Gehäuse gedrückt, so daß ein Nullkontakt ein ausströmen des Gases verhindert. Auf den Seiten werden die Dichtleisten, wie in Fig. 2 gezeigt, durch Federn gegen das Gehäuse gefügt. Zusätzlich wird Wasser an die Dichtleisten geführt.First, the sealing strips are pressed against the housing by the centrifugal force, so that a zero contact prevents the gas from escaping. On the sides, as shown in FIG. 2, the sealing strips are joined against the housing by springs. In addition, water is led to the sealing strips.

Das entzündete Gasgemisch verdampft das Wasser, das im Verbrennungsraum durch das Wassereinlaßsystem (12) vorhanden ist. Da nun das heiße druckreiche Gas durch Dichtleisten (9) hermetisch eingeschlossen ist, sollte sich die Leckrate in Grenzen halten und die Leistung, so wie der Wirkungsgrad des Motors sehr verbessert werden. Messungen haben schon ergeben, daß eine geringe Wassereinleitung in den Verbrennungsraum zu einer Verdopplung und Verdreifachung der Drehzahl führt. Es ist besonders wichtig, daß die Brennraumtemperatur erheblich gesenkt wird. So ist die gemessene Temperatur ohne Wasser t < 1000°C. Das heißt, der Motor kann nicht lange laufen, da er sonst überhitzt wird. Eine Temperaturmessung mit Wasserzuführung hat gezeigt, daß die Brennraumtemperatur bei nicht Belastung des Motors durch den Generator im Bereich von 70°-80°C stationär sich verhalten hat. Bei Belastung war ein Temperaturanstieg auf fast 600°C festzustellen. Das läßt den Schluß zu, daß mit mehr Wasser die Temperatur im Brennraum noch gesenkt und der Druck gesteigert, also auch die Leistung und damit auch die Effizienz erheblich gesteigert werden kann. The ignited gas mixture evaporates the water that is present in the combustion chamber through the water inlet system ( 12 ). Since the hot, high-pressure gas is now hermetically sealed by sealing strips ( 9 ), the leakage rate should be kept within limits and the performance and the efficiency of the engine should be greatly improved. Measurements have already shown that a small amount of water introduced into the combustion chamber doubles and triples the speed. It is particularly important that the combustion chamber temperature is significantly reduced. So the measured temperature without water is t <1000 ° C. This means that the engine cannot run long, otherwise it will overheat. A temperature measurement with water supply has shown that the combustion chamber temperature remained stationary in the range of 70 ° -80 ° C. when the engine was not loaded by the generator. A temperature increase to almost 600 ° C was observed under load. This leads to the conclusion that with more water the temperature in the combustion chamber can still be lowered and the pressure increased, so that the performance and thus the efficiency can be increased considerably.

Der Brennraumdruck ist natürlich abhängig vom Gaseinlaßdruck. Wurde zum Beispiel der Gaseinlaßdruck mit ca. 3 [bar] gemessen, dann war der Brennkammerdruck ca. 0.5 [bar]. Der Druck in der Brennkammer zeigt ganz deutlich den Verlust durch die Spalte.The combustion chamber pressure is of course dependent on the gas inlet pressure. Became Example the gas inlet pressure was measured at approx. 3 [bar], then the Combustion chamber pressure approx. 0.5 [bar]. The pressure in the combustion chamber shows completely clearly the loss through the column.

Die Dichtleisten (9) haben eine besondere Form. Sie sind abgerundet auf der Seite, die der Druckseite abgewandt ist. So wird durch die Drehzahl entstehende Zentrifugalkraft die Dichtleiste gegen die Gehäusewand gedrückt, beziehungsweise gegen die konkave Seite des anderen Kolbens. Nur dort übrigens bietet sie weniger Widerstand, da die Schräge in der Strömung zunimmt. Die Rundung hat den Vorteil, daß die Dichtleiste in ihrer Nut auf und ab rutschen kann, wenn es durch Kontakt entweder an der Gehäusewand oder am gegenüberliegenden Kolben notwendig ist.The sealing strips ( 9 ) have a special shape. They are rounded on the side facing away from the print side. The centrifugal force generated by the speed pushes the sealing strip against the housing wall or against the concave side of the other piston. Only there, by the way, does it offer less resistance, as the slope of the current increases. The rounding has the advantage that the sealing strip can slide up and down in its groove if it is necessary due to contact either on the housing wall or on the opposite piston.

Die Leckrate wird erheblich gesenkt. Das heißt, der anfangs erwähnte Wert von L = 400 barlit/min. der 90% der gesamten Druckluftmenge darstellt, sollte nun um weit mehr als 50% gesenkt werden. Das hieße, ein enormer Gewinn an Effizienz würde sich einstellen. Werden nun ein Effizienzwertzuwachs von nur 10% gerechnet, so liegt dieser Motor wenigstens gerechnet bei einer Effizienz von fast 20%, sie liegt mit Sicherheit höher. Damit wird der Motor mit Wasserstoff betrieben schon lukrativ und wirtschaftlich interessant.The leak rate is significantly reduced. That is, the value of L = 400 barlit / min. which represents 90% of the total amount of compressed air should now be around be cut far more than 50%. That would mean an enormous gain in efficiency would come up. Now an efficiency value increase of only 10% calculated, this engine is at least calculated with an efficiency of almost 20%, it is definitely higher. So the engine runs on hydrogen already operated lucratively and economically interesting.

Wird allein das Druckverhalten im Brennraum betrachtet, so kann festgestellt werden, daß sich im Brennraum ein sehr geringer Druck nur festzustellen war. Mit Hilfe einer Wasser gekühlten Piezo-Sonde wurde der Druck im Brennraum gemessen. Dieser war mit Wasser Einspritzung p < 2 bar je nach Einstellung des Rotationskolbenmotors. Wobei für die Leistung davon mehr als 90% Verlust zu berechnen sind. If only the pressure behavior in the combustion chamber is considered, it can be determined be that there was only a very low pressure in the combustion chamber. With The pressure in the combustion chamber was checked using a water-cooled piezo probe measured. This was with water injection p <2 bar depending on the setting of the Rotary piston engine. Whereby for the performance of it more than 90% loss are calculated.

credentials

[1] DE 43 43 165 A1
[2] DE 196 28 785 A1
[3] DE 196 43 313 A1
[4] DE 196 45 924 A1
[5] DE 196 55 102 A1
[6] DE 198 37 303 A1[1] DE 43 43 165 A1
[2] DE 196 28 785 A1
[3] DE 196 43 313 A1
[4] DE 196 45 924 A1
[5] DE 196 55 102 A1
[6] DE 198 37 303 A1

Claims

1. Rotary piston engine with hydrogen (H2) and oxygen (O2) is operated according to patent 196 28 785 A1, but with hermetic sealing of the combustion chamber against leakage.

2. This leakage is prevented by arranging sealing strips on the rolling surfaces ( 9 ) and on the end faces ( 17 ) of the pistons ( 7 , 8 ).

3. The sealing strips ( 17 ) on the end faces are not arranged on the center of the piston, but somewhat offset but parallel to the axis, so that water can flow out in the center and wet the piston on the end faces. These sealing strips slide in parallel over the sealing strips ( 14 ). These sealing strips ( 17 ) must also be pressed against the housing wall with flat springs.

4. In addition, the leakage is prevented by the stationary arrangement of sealing strips between the piston sealing edges ( 14 ), which are pressed against the piston end faces with flat springs ( 15 ). This sealing strip is also provided with a slope.

5. The entire hermetic seal is advantageously influenced by adding water as the sealing medium, for example when the pistons are in an orthogonal position. The two sealing strips ( 9 ) enclose a volume that fills with water.

6. This water is also used as a sealing medium and has the advantageous properties as a coolant and as an additional Act drive energy.

7. The sealing strips ( 9 ) have a sliding surface ( 19 ) to the housing, which is to prevent the sealing strips ( 9 ) from hitting the housing too hard.

8. The water is led through the pistons to the sealing strips, so that the line resistance is increased by the sealing strips.

9. The water in the combustion chamber has a cooling effect on the sealing strips.

10. There is superheated steam in the sealed combustion chamber generated, which leads to 90% loss of performance if not sealed.