DE10243806B4

DE10243806B4 - Rotary cylinder engine

Info

Publication number: DE10243806B4
Application number: DE10243806A
Authority: DE
Inventors: Viktor Holstein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: DE10243806A1

Abstract

Drehzylindermotor mit einem Rotorgehäuse (4), bei dem die sich um die Kurbelwelle drehenden Verdichtungs- und Verbrennungszylinder (5,6) axial zueinander angeordnet sind und durch Umleiter (13) strömungsmäßig miteinander verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, dass die Druckluftübertragung durch Öffnungen des Rotors (25,26) über die Umleiter (13) mittels eines drehbaren Druckluftumleiters (9), der zwischen dem Verdichtungszylinder (5) und dem Verbrennungszylinder (6) angeordnet ist, bewirkt wird, wobei der Druckluftumleiter (9) wie ein Ventil wirkt und durch die Drehbewegungen des Rotors (4) über ein Zahnradgetriebe (8) der Kurbelwelle (7) angetrieben wird.Rotary cylinder motor with a rotor housing (4), in which the compression and combustion cylinders (5,6) rotating around the crankshaft are arranged axially to one another and are connected to one another in terms of flow by means of diverters (13), characterized in that the compressed air transmission through openings in the rotor (25, 26) via the diverter (13) by means of a rotatable compressed air diverter (9) which is arranged between the compression cylinder (5) and the combustion cylinder (6), the compressed air diverter (9) acting like a valve and through the rotary movements of the rotor (4) are driven via a gear transmission (8) of the crankshaft (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine.The invention relates to a heat engine.

"Das Kurbelgetriebe war in Europa bereits im 14. Jahrhundert bekannt. Es diente zur Umwandlung der Drehbewegung (z.B. eines Wasserrades) in eine diskontinuierlich fortschreitende Bewegung (z.B. einer Drahtzieheinrichtung). Das Kurbelgetriebe wurde also bereits lange vor der Erfindung von Wärmekraftmaschinen als Bestandteil von Arbeitsmaschinen genutzt. Die Umkehrung dessen, die Anwendung des Pleuelstangen-Kurbel-Mechanismus zur Umwandlung der translatorischen Bewegung bei diskontinuierlich wirkenden Kraftmaschinen in eine Drehbewegung, hielten viele Mechaniker des 18. Jahrhunderts für ungeeignet, weil die Kolbenbewegung in den Zylindern der damaligen Dampfmaschinen sehr ungleichmäßig war."The Crank gear was already known in Europe in the 14th century. It was used to convert the rotary motion (e.g. a water wheel) in a discontinuously progressing movement (e.g. a wire drawing device). The crank mechanism was therefore long before the invention of Heat engines used as part of work machines. The reverse of the use of the connecting rod crank mechanism for conversion the translatory movement in discontinuously acting engines in a rotational movement, many 18th century mechanics stopped for unsuitable because the piston movement in the cylinders of the steam engines of that time was very uneven.

Aus demselben Grund wendete man auch bei den atmosphärischen Gasmotoren von Langen und Otto komplizierte Zahnstangen-Freilaufmechanismen für die Umwandlung der geradlinigen Arbeitskolbenbewegung in eine Drehbewegung. Zu einer brauchbaren Lösung für die Energie- und Bewegungsübertragung führte jedoch erst die gleichzeitige Anwendung des Schwungrades als Energiespeicher, wie sie J. Watt vorsah und wie sie heute bei praktisch allen Hubkolbenmaschinen genutzt wird". (V. Küntscher, "Kraftfahrzeugmotoren", 1995, Seite 127).You turned for the same reason in the atmospheric Gas engines from Langen and Otto have complicated rack and pinion freewheel mechanisms for the Conversion of the linear piston movement into a rotary movement. A useful solution for the However, energy and motion transmission resulted only the simultaneous use of the flywheel as an energy store, as provided by J. Watt and as used in practically all reciprocating machines today is used ". (V. Küntscher, "Motor vehicle engines", 1995, page 127).

Im Drehzylindermotor ist die Kurbelwelle ein regungsloser Teil des Stators. Die Pleuelstangen, Kolben und Zylindern drehen sich um die Kurbelwelle als Rotorbestandteile und der Rotor ersetzt ein Schwungrad, weil der mit seinen ausgleichbaren Massen rotiert.The crankshaft is in the rotary cylinder engine a motionless part of the stator. The connecting rods, pistons and Cylinders rotate around the crankshaft as rotor components and the rotor replaces a flywheel because of its balanceable Masses rotates.

"Der französische Ingenieur Beau de Rochas gab 1861 in einer Veröffentlichung wesentliche Randbedingungen für die beste Nutzung der Energie an, zu derren Erfüllung sich die vier Takte eignen:

1. Ansaugen während eines gesamten Kolbenhubes.
2. Kompression während des darauf folgenden Hubes.
3. Zündung im Totpunkt und Expansion während des dritten Hubes.
4. Ausschieben der verbrannten Gase aus dem Zylinder während des letzten Hubes". (V. Küntscher, "Kraftfahrzeugmotoren", 1995, Seite 43;

"The French engineer Beau de Rochas published in 1861 essential basic conditions for the best use of energy, the fulfillment of which the four measures are suitable:

1. Suction during an entire piston stroke.
2. Compression during the subsequent stroke.
3. Ignition at dead center and expansion during the third stroke.
4. Pushing the burned gases out of the cylinder during the last stroke "(V. Küntscher," Automobilmotoren ", 1995, page 43;

Der Drehzylindermotor ist ein 4-Takt-Motor, weil aber die Prozesse in verschiedenen Verdichtungs-und-Verbrennungszylindern sich eignen, wird der Arbeitsprozess so beschrieben:

1. Ansaugen im Verdichtungszylinder während eines gesamten Kolbenhubes.
2. Kompression im Verdichtungszylinder während des darauf folgenden Hubes, Übertragung der komprimierten Luft durch den Druckluftumleiter in den Verbrennungszylinder, wo die Druckluft zusätzlich noch mehr verdichtet wird.
3. Zündung im Totpunkt des Verbrennungszylinders und Expansion während des dritten Hubes.
4. Ausschieben der verbrannten Gase aus dem Verbrennungszylinder während des letzten Hubes.

The rotary cylinder engine is a 4-stroke engine, but because the processes in different compression and combustion cylinders are suitable, the working process is described as follows:

1. Suction in the compression cylinder during an entire piston stroke.
2. Compression in the compression cylinder during the subsequent stroke, transfer of the compressed air through the compressed air diverter to the combustion cylinder, where the compressed air is compressed even more.
3. Ignition at the dead center of the combustion cylinder and expansion during the third stroke.
4. Eject the burned gases from the combustion cylinder during the last stroke.

Im Drehzylindermotor werden alle 4 Takte in verschiedenen Zylindern in einer Umdrehung durchgeführt, was diesen Motor vom Otto-motor unterscheidet, wo alle 4 Takte in einem Zylinder in zwei Umdrehungen sich eignen.Everyone is in the rotary cylinder engine 4 strokes performed in different cylinders in one revolution what distinguishes this engine from the Otto engine, where all 4 cycles in one Cylinders in two revolutions are suitable.

"Während Anfangs in den Zylindern der Motoren ein vorbereitetes Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet und verbrannt wurde, stellte Brayton in Nordamerika schon ab 1872 Versuche an, eine gesteuerte Verbrennung zu erzielen. Die Krönung dieser Entwicklung bildete dann die Erfindung von Diesel, der unsprünglich einen Carnot-Prozess verwiklichen wollte, was in einem Patent von 1892 niedergelegt ist. Die Grundkonzeption zu einem entsprechenden Motor legte er 1893 in einer Schrift unter dem Titel "Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors..." dar:

1. Erreichen der Höchsttemperatur des Prozesses durch entsprechend hohe Verdichtung.
2. Steuerung der Verbrennung durch gesetzmäßige Einführung des Kraftstoffes.
3. Einhalten des Luftverhältnisses nach Gesichtpunkten des zu Verwendung kommenden Kraftstoffes, der Wirtschaftlichkeit und der Betriebssicherheit. (V.Küntscher, "Kraftfahrzeugmotoren", 1995, Seite 44

"While a prepared fuel-air mixture was initially ignited and burned in the cylinders of the engine, Brayton in North America made attempts to achieve controlled combustion as early as 1872. The culmination of this development was the invention of diesel, which was originally one Carnot-Process wanted to actualize what is laid down in a patent from 1892. In 1893 he laid out the basic concept for a corresponding engine in a document entitled "Theory and construction of a rational heat engine ...":

1. Reaching the maximum temperature of the process through high compression.
2. Control of combustion by lawful introduction of fuel.
3. Compliance with the air ratio in terms of the fuel to be used, the economy and operational safety. (V. Kuntscher, "Motor vehicle engines", 1995, page 44

Im Drehzylindermotor wird die Höchsttemperatur des. Prozesses nicht nur durch die Verdichtung im Verdichtungszylinder, sondern noch durch die zusätztliche Verdichtung im Verbrennungszylinder erreicht. Aus der US 6 253 717 B1 ist eine ähnliche Drehzylindermotor bekannt.In the rotary cylinder engine, the maximum temperature of the process is not only achieved by compression in the compression cylinder, but also by the additional compression in the combustion cylinder. From the US 6 253 717 B1 a similar rotary cylinder engine is known.

Die Aufgabe der Erfindung liegt zugrunde, dass die schallarme Maschine, durch die kreisförmige Bewegung des Rotors, einwandfreie Abdichtung der Verdichtungs-und-Verbrennungszylindern, gute Motorschmierung und einfacher Aufbau gewährleistet wird.The object of the invention is based on that the low-noise machine, due to the circular movement of the rotor, perfect sealing of the compression and combustion cylinders, good engine lubrication and simple construction is guaranteed.

Der erfindungsgemäße Drehzylindermotor zeichnet sich dadurch aus, dass durch den rotierenden Rotorder das Schwungrad ersetzt, ausgleichbare Massen am Bewegungsablauf beteiligt sind.The rotary cylinder engine according to the invention draws is characterized in that by the rotating rotor the flywheel replaced, equalizable masses are involved in the movement.

Ein Ausführbeispiel der Erfindung wird nachfolgend der Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention will described below the figures.

In der 1: werden alle Komponenten des Drehzylindermotors dargestellt.In the 1 : all components of the rotary cylinder motor are shown.

Die Kurbelwelle (7), die am Statorgehäuse (2) befestigt ist, trägt auf ihrem Umfang die Pleuel der Kolben (11,12), die in den Zylinder des Rotors (4) sich befinden. Der Rotor (4), der in Statorgehäuse (1,2,3) und um die Kurbelwelle (7) drehbar gelagert ist.
9,10 – Druckluftumleiter.
15,16 – die Halbringe mit Dichtungen, die verhindern, dass die Abgase in das Innere des Statorgehäuses eindringen.
17 – die Halbringe mit Dichtungen, die verhindern, dass das Schmieröl in die Ansaugöffnungen eindringt.
18 – Motordurchlüftungsöffnungen.
19 – Kühlmitteleintrittsöffnungen des Rotors.
27 – Luftansaugöffnungen.
28 – Abgasöffnungen.
29 – Heißgasleitung.
32 – Kraftstoffeinspritzöffnung.
33 – Kühlmitteleintrittsöffnung des Stators.
34 – Kühlmittelaustrittsöffnung des Stators.The crankshaft ( 7 ) on the stator housing ( 2 ) is attached, carries the connecting rods of the pistons on their circumference ( 11 . 12 ) in the cylinder of the rotor ( 4 ) to find oneself. The rotor ( 4 ) in the stator housing ( 1 . 2 . 3 ) and around the crankshaft ( 7 ) is rotatably mounted.
9 . 10 - compressed air diverter.
15 . 16 - The half rings with seals that prevent the exhaust gases from entering the inside of the stator housing.
17 - the half rings with seals that prevent the lubricating oil from entering the intake openings.
18 - Engine ventilation openings.
19 - Coolant inlet openings of the rotor.
27 - Air intake openings.
28 - exhaust openings.
29 - hot gas pipe.
32 - fuel injection port.
33 - Coolant inlet opening of the stator.
34 - Coolant outlet opening of the stator.

In den 2 bis 7 wird das Funktionprinzip des Drehzylindermotors erläutet.In the 2 to 7 the principle of operation of the rotary cylinder motor is explained.

In der 2: Druckluftumleiter (9) wird geschlossen. Die komprimierte Luft wird im Zylinder (6) zusätzlich verdichtet. Der Kolben im Zylinder (5) befindet sich im oberen Totpunkt. Im Zylinder(5a)-Ansaugen. Im Zylinder(6a)-Verbrennung.In the 2 : Compressed air diverter ( 9 ) will be closed. The compressed air is in the cylinder ( 6 ) additionally compressed. The piston in the cylinder ( 5 ) is at top dead center. In the cylinder ( 5a ) -Ansaugen. In the cylinder ( 6a )-Combustion.

In der 3: Im Zylinder (5a) wird die angesaugte Luft komprimiert. Im Zylinder (6), der sich im OTP befindet, -Kraftstoffeinspritzung und Zündung. Im Zylinder(6a)-Verbrennung. In den Zylinder (5) wird die Luft angesaugt.In the 3 : In the cylinder ( 5a ) the intake air is compressed. In the cylinder ( 6 ), which is in the OTP, fuel injection and ignition. In the cylinder ( 6a )-Combustion. In the cylinder ( 5 ) the air is sucked in.

In der 4: Aus dem Zylinder (6a) werden die Abgase hinausgestoßen. Im Zylinder(5)-Luftansaugen. Im Zylinder (5a)-Komprimierung. Im Zylinder(6)-die Verbrennung.In the 4 : From the cylinder ( 6a ) the exhaust gases are pushed out. In the cylinder ( 5 ) -Luftansaugen. In the cylinder ( 5a ) Compression. In the cylinder ( 6 ) -burning.

In der 5: Im Zylinder (5)Luftansaugen. Im Zylinder (6)Verbrennung. Im Zylinder(5a)-Komprimierung. Im Zylinder(6a)-Abgaseausstoß.In the 5 : In the cylinder ( 5 ) Air intake. In the cylinder ( 6 )Combustion. In the cylinder ( 5a ) Compression. In the cylinder ( 6a ) -Abgaseausstoß.

In der 6: Im Zylinder (5)Luftansaugen. Im Zylinder (6)Verbrennung. Im Zylinder(5a)-Komprimierung. Im Zylinder(6a)-Abgaseausstoß.In the 6 : In the cylinder ( 5 ) Air intake. In the cylinder ( 6 )Combustion. In the cylinder ( 5a ) Compression. In the cylinder ( 6a ) -Abgaseausstoß.

In der 7: Die komprimierte Luft wird aus dem Zylinder (5a) durch den Druckluftumleiter (9) in den Zylinder (6a) geleitet. Im Zylinder(5)-Luftansaugen. Im Zylinder(6)-Verbrennung.In the 7 : The compressed air is released from the cylinder ( 5a ) through the compressed air diverter ( 9 ) in the cylinder ( 6a ) headed. In the cylinder ( 5 ) -Luftansaugen. In the cylinder ( 6 )-Combustion.

In der 8: Darstellung der Funktion "Druckluftübertragung".In the 8th : Representation of the "compressed air transmission" function.

Die verdichtete Luft wird aus dem Verdichtungszylinder (5) durch die Öffnung des Rotors (25) in den Umleiter (13), der von vorherigem Takt unter Druck steht, und dann durch die Öffnung (26) in den Verbrennungszylinder (6) geleitet.
1 – Statorgehäuse.
4 – Rotor.The compressed air is discharged from the compression cylinder ( 5 ) through the opening of the rotor ( 25 ) in the redirector ( 13 ), which is under pressure from the previous bar, and then through the opening ( 26 ) in the combustion cylinder ( 6 ) headed.
1 - stator housing.
4 - rotor.

In der 9: Darstellung der Funktion "Abgasöffnungen".
28 – Abgasöffnungen des Stators.In the 9 : Representation of the "exhaust gas openings" function.
28 - Stator exhaust ports.

In der 10: Darstellung der Funktion "Luftzufuhrsteuerung".
a): Kleinlast.
27 – Luftansaugöffnungen. 35 – Steuerungsöffnungen (alle sind geöffnet).
A – Anfang der Verdichtung. 4 – Rotor.
b): Mittellast.
27 – Luftansaugöffnungen. 35a – geschlossene Öffnung.
A – Anfang der Verdichtung.
c): Volllast.
A – Anfang der Verdichtung. Alle Steuerungsöffnungen sind geschlossen.In the 10 : Representation of the "Air supply control" function.
a): Small load.
27 - Air intake openings. 35 - Control openings (all are open).
A - Beginning of compaction. 4 - rotor.
b): Medium load.
27 - Air intake openings. 35a - closed opening.
A - Beginning of compaction.
c): full load.
A - Beginning of compaction. All control openings are closed.

In der 11: Darstellung der Funktion "Rotorkühlung" (Schnittzeichnung).
4 – Rotor.
6 – Verbrennungszylinder.
5 – Verdichtungszylinder.
9,10 – Druckluftumleiter.
19 – Kühlmitteleintrittsöffnungen des Rotors.
20 – Kühlmittelaustrittsöffnungen des Rotors.
33 – Kühlmittileintrittsöffnung des Stators.
21,22 – Gleitringdichtungen der Eintrittseite.
34 – Kühlmittelaustrittsöffnung des Stators.
23,24 – Gleitringdichtungen der Austrittseite.In the 11 : Representation of the "rotor cooling" function (sectional drawing).
4 - rotor.
6 - combustion cylinder.
5 - compression cylinder.
9 . 10 - compressed air diverter.
19 - Coolant inlet openings of the rotor.
20 - Coolant outlet openings of the rotor.
33 - Coolant inlet of the stator.
21 . 22 - Mechanical seals on the inlet side.
34 - Coolant outlet opening of the stator.
23 . 24 - Mechanical seals on the outlet side.

In der 12: Darstellung der "Kurbelwelle".
2 – Statorgehäuse.
7 – Kurbelwelle.
8 – Zahnrad.
40 – Pleuelsitz des Luftverdichtungszylinder.
41 – Pleuelsitz des Verbrennungszylinder.In the 12 : Representation of the "crankshaft".
2 - stator housing.
7 - crankshaft.
8th - gear.
40 - connecting rod of the air compression cylinder.
41 - connecting rod of the combustion cylinder.

In der 13: Darstellung der Funktion "Statorkühlung" (Schnittzeichnung).
1 – Statorgehäuse mit den Kühlflüssigkeitkanäle.
4 – Rotor.
28 – Abgasöffnungen.
32 – Kraftstoffeintritt.In the 13 : Representation of the "stator cooling" function (sectional drawing).
1 - Stator housing with the coolant channels.
4 - rotor.
28 - exhaust openings.
32 - fuel entry.

In der 14: Darstellung der Funktion "Heißgasaustritt".
1 – Statorgehäuse.
4 – Rotor.
29 – Heißgasleitung.
30 – Ölabschneider.
31 – Leitung zum Ölbehälter.In the 14 : Representation of the "hot gas outlet" function.
1 - stator housing.
4 - rotor.
29 - hot gas pipe.
30 - oil cutter.
31 - Line to the oil tank.

In der 15: Darstellung der Funktion "Dichtungen der Zylinder".
36). Verdichtungszylinderdichtung.
37). Verbrennungszylinderdichtung.In the 15 : Representation of the function "seals of the cylinders".
36) , Compression cylinder seal.
37). Combustion cylinder seal.

In der 16: Darstellung der Funktion "Automatische Ölflußabsperrung".

a). Bei stehendem Motor werden die Dichtplatten (42), unter Federkraft, die Ölbohrungen (43) schliessen. 36,37 – Zylinderdichtungen.
b). Bei laufendem Motor werden die Dichtplatten (42), unter Fliehkraft des Rotors, die Ölbohrungen (43) öffnen, wobei die Zylinderdichtungen mit Öl versorgt werden 36,37 – Zylinderdichtungen.

In the 16 : Representation of the "Automatic oil flow shut-off" function.

a). With the engine stopped, the sealing plates ( 42 ), under spring force, the oil holes ( 43 ) conclude. 36 . 37 - cylinder seals.
b). With the engine running, the sealing plates ( 42 ), under centrifugal force of the rotor, the oil holes ( 43 ) open, whereby the cylinder seals are supplied with oil 36 . 37 - cylinder seals.

In der 17: Darstellung der Funktion "Motorschmierung".In the 17 : Representation of the "engine lubrication" function.

Das Schmieröl wird durch die Kurbelwelle, wobei die Pleuelsitze geschmiert werder, und dann durch die Pleuelstangen zu den Kolben geleitet.
1 – Statorgehäuse.
11 – Verdichtungskolben.
12 – Verbrennungskolben.
36. Verdichtungszylinderdichtung.
37. Verbrennungszylinderdichtung.
38 – Kolbenringe des Verdichtungskolben.
39 – Kolbenringe des Verbrennungskolben.The lubricating oil is passed through the crankshaft, lubricating the connecting rod seats, and then through the connecting rods to the pistons.
1 - stator housing.
11 - compression piston.
12 - combustion piston.
36th Compression cylinder seal.
37th Combustion cylinder seal.
38 - Piston rings of the compression piston.
39 - Piston rings of the combustion piston.

In der 18: Darstellung der Funktion "Zusätzliche Verdichtung".

a) Der Druckluftumleiter ist geöffnet und die komprimierte Luft wird durch die Öffnung (26) in den Verbrennungszylinder geleitet, wobei die Abgasreste hinausgespült werden, was zur vollkommenen Zylinderfüllung führt. 12 – Verbrennungskolben. 28 – Abgasöffnung.
b) Die komprimierte Luft wird durch die Öffnung (26) in den Verbrennungszylinder weiter geleitet. Der Verdichtungskolben befindet sich im oberen Totpunkt. 12 – Verbrennungskolben.
c) Der Druckluftumleiter ist geschlossen. Die übertragene Luftmenge wird im Verbrennungszylinder zusätzlich verdichtet. 12 – Verbrennungskolben.
d) Der Verbrennungskolben (12) befindet sich im oberen Totpunkt. Im Verbrennungszylinder-Kraftstoffeinspritzung und Zündung.

In the 18 : Representation of the "Additional compression" function.

a) The compressed air diverter is open and the compressed air is discharged through the opening ( 26 ) passed into the combustion cylinder, whereby the exhaust gas residues are flushed out, which leads to complete cylinder filling. 12 - combustion piston. 28 - exhaust opening.
b) The compressed air is discharged through the opening ( 26 ) passed into the combustion cylinder. The compression piston is at top dead center. 12 - combustion piston.
c) The compressed air diverter is closed. The amount of air transferred is additionally compressed in the combustion cylinder. 12 - combustion piston.
d) The combustion piston ( 12 ) is at top dead center. In the combustion cylinder fuel injection and ignition.

Claims

Rotary cylinder motor with a rotor housing ( 4 ), in which the compression and combustion cylinders rotating around the crankshaft ( 5 . 6 ) are arranged axially to each other and by diverters ( 13 ) are connected to one another in terms of flow, characterized in that the compressed air transmission through openings in the rotor ( 25 . 26 ) via the diversion ( 13 ) by means of a rotatable compressed air diverter ( 9 ) between the compression cylinder ( 5 ) and the combustion cylinder ( 6 ) is arranged, the compressed air diverter ( 9 ) acts like a valve and due to the rotary movements of the rotor ( 4 ) via a gear transmission ( 8th ) the crankshaft ( 7 ) is driven.

Rotary cylinder engine, according to claim 1, characterized by the optimized gas exchange, the in the compression cylinder ( 5 ) with adjustable start of compression compressed fresh charge through the opening of the compressed air diverter ( 9 ) unchanged in the combustion cylinder ( 6 ) is conducted; in the combustion cylinder ( 6 ) the amount of compressed air is post-compressed, mixed with fuel and burned, the engine being operated by both auto-ignition and spark-ignition.