DE1161726B

DE1161726B - Rotary piston internal combustion engine

Info

Publication number: DE1161726B
Application number: DEG31281A
Authority: DE
Inventors: Johann Geiger
Original assignee: JOHANN GEIGER ING
Current assignee: JOHANN GEIGER ING
Priority date: 1960-01-04
Filing date: 1960-12-31
Publication date: 1964-01-23

Description

Rotationskolben-Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine, insbesondere mit Brennstoffeinspritzung, bei der in einem zylindrischen Mantel von ovalem Querschnitt zwei oder mehr Kolben umlaufen, die an einem an der Welle festsitzenden Nabenteil schwenkbar gelagert sind, mittels an ihren Enden angebrachter Radialdichtungen während des ganzen Umlaufes an der Innenfläche des Mantels gleitend geführt sind und beim Umlauf sich in ihrer Größe periodisch verändernde Arbeitsräume bilden. Diese Arbeitsräume wechseln periodisch zwischen einem Minimum und einem Maximum und dienen dazu, das Ansaugen, die Kompression, die Expansion und das Ausschieben von Gasen zu bewirken. Bei bekannten Rotationskolbenmaschinen dieser Bauart haben die Kolben z. B. die Form von Schiebern, welche an geraden oder gekrümmten Gleitführungsflächen im Kolben gleitend an einem auf der Motorwelle sitzenden Nabenkörper angebracht sind und mit ihren radial äußeren Enden an der inneren Mantelfläche gleiten. Diese Gleitführungen sind im Arbeitsraum angeordnet und werden von den heißen Arbeitsgasen beaufschlagt.Rotary piston internal combustion engine The invention relates to a rotary piston internal combustion engine, in particular with fuel injection, in the case of two or more pistons in a cylindrical jacket of oval cross-section revolve, which are pivotably mounted on a hub part fixedly seated on the shaft are by means of radial seals attached to their ends during the entire cycle are slidably guided on the inner surface of the shell and when rotating in their Form workspaces that change periodically. These work rooms change periodically between a minimum and a maximum and serve to reduce suction, compression, to cause the expansion and expulsion of gases. In known rotary piston machines of this type, the pistons have z. B. the shape of slides, which on straight or curved sliding guide surfaces in the piston sliding on a seated on the motor shaft Hub bodies are attached and with their radially outer ends on the inner circumferential surface slide. These sliding guides are arranged in the work space and are of the hot working gases applied.

Eine derartige Anordnung ist ungünstig, weil die hohen Reibungsverluste an den Gleitführungen viel Energie verbrauchen und die Gleitführungsflächen bei den unter Beaufschlagung durch heiße Gase erfolgenden Hin- und Herbewegungen bald ausgeleiert werden, was die Genauigkeit der Führung zerstört und Undichtheiten schafft.Such an arrangement is unfavorable because of the high friction losses consume a lot of energy on the sliding guides and the sliding guide surfaces the to-and-fro movements under the action of hot gases soon be worn out, which destroys the accuracy of the guide and creates leaks.

Es sind auch Verdichter bekanntgeworden, bei denen in einem zylindrischen Mantel ein linsenförmiger. Kolben umläuft, der an einem an der Welle festsitzenden Nabenteil drehbar gelagert und an der inneren Mantelfläche gleitend geführt ist, so daß sich periodisch verändernde Arbeitsräume bilden.There are also known compressors in which in a cylindrical Coat a lenticular. Piston revolves, which is attached to a stuck on the shaft The hub part is rotatably mounted and is guided in a sliding manner on the inner lateral surface, so that periodically changing work spaces are formed.

Abgesehen davon, daß es sich um einen Verdichter mit angetriebener Welle und nicht um eine Brennkraftmaschine handelt, ist aber hier der Kolben dieser Maschine nicht einfach drehbar an dem Nabenteil gelagert, sondern besitzt eine Längsnut, in welche ein mit einem Seitenteil fest verbundener Führungszapfen eingreift, um die jeweils richtige Lage des Kolbens im Mantel zu erreichen. Eine solche Gleitführung besitzt aber den schon obenerwähnten großen Nachteil, der ein baldiges Unwirksamwerden der Führung verursacht.Apart from the fact that it is a powered compressor Shaft and not an internal combustion engine, but here the piston is this The machine is not simply rotatably mounted on the hub part, but has a longitudinal groove, in which a guide pin firmly connected to a side part engages in order to to achieve the correct position of the piston in the jacket. Such a sliding guide but has the major disadvantage already mentioned above, that it will soon become ineffective the leadership causes.

Die Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung zeichnet sich demgegenüber vor allem dadurch aus, daß viel geringere Reibungswiderstände auftreten, keine flächenhaften Gleitführungen der Kolben erforderlich sind und die gesamte Anordnung sehr einfach und billig herstellbar ist. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die in an sich bekannter Weise segmentartig ausgebildeten Kolben im wesentlichen mittig in festen Gelenkpunkten am Nabenteil außerhalb des Arbeitsraumes schwenkbar gelagert sind und an beiden Enden Radialdichtungen aufweisen.The rotary piston internal combustion engine according to the invention is characterized On the other hand, it is characterized mainly by the fact that much lower frictional resistance occur, no planar sliding guides of the piston are required and the entire arrangement can be produced very easily and cheaply. According to the invention this is achieved in that the segments are formed in a manner known per se Piston essentially centered in fixed points of articulation on the hub part outside the Working space are pivotably mounted and have radial seals at both ends.

Auch bei der Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung sind die Kolben geführt, damit sie die jeweils richtige Schwenklage gegenüber dem Nabenkörper einnehmen. Die Führung erfolgt aber an den beiden Enden der Kolben längs der Innenfläche des Mantels, wobei nur eine linienhafte Berührung stattfindet, so daß sich die Reibung bei geeigneter Wahl des Materials für die hier angebrachten Dichtungsleisten in erträglichen Grenzen halten läßt, da für die Verschwenkung der Kolben nur sehr geringe Momente erforderlich sind.Even with the rotary piston internal combustion engine according to the invention the pistons are guided so that they have the correct pivot position relative to the Take the hub body. The guidance takes place lengthways at both ends of the pistons the inner surface of the jacket, with only linear contact taking place, see above that the friction with a suitable choice of material for the attached here Can keep sealing strips within tolerable limits, as for the pivoting of the Pistons only require very small moments.

Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine besitzt gegenüber den bekannten vorerwähnten Maschinen den Vorteil, daß bei jeder Umdrehung der Welle für jeden Kolben je eine Zündung des Brennstoffluftgemisches und ein anschließender Expansionshub erfolgt, so daß bei z. B. drei Kolben schon mit einem einzigen Mantel ein gleichmäßiger Gang der Maschine erreichbar ist.The rotary piston machine according to the invention has compared to the known aforementioned machines have the advantage that with each revolution of the shaft one ignition of the fuel-air mixture and one subsequent ignition for each piston Expansion stroke takes place, so that at z. B. three pistons with a single jacket an even gear of the machine can be achieved.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken schließen die durch die beiden Anliegestellen der Radialdichtungen je eines Kolbens zur Wellenachse verlaufenden Achsen zwischen sich einen Winkel von annähernd 90° ein. Vorzugsweise ist die Innenfläche des Mantels im Querschnitt durch eine ovale Kurve begrenzt, die aus zwei einander in Richtung des längeren Durchmessers gegenüberliegenden Kreisbogen gleichen Halbmesser besteht, die durch je eine Kurve höherer Ordnung miteinander verbunden sind, deren Krümmungsradius in den achsnahen Zonen wesentlich größer ist als der Krümmungsradius der genannten Kreisbogen in den achsfernen Zonen, z. B. etwa die 1,6fache Länge desselben aufweist.According to another idea of the invention, the two close by Contact points of the radial seals each of a piston extending to the shaft axis Axes form an angle of approximately 90 ° between them. Preferably the inner surface is of Mantle bounded in cross-section by an oval curve made of two mutually in Direction of the longer diameter opposite circular arc same radius which are connected to each other by a curve of higher order each, whose The radius of curvature in the zones close to the axis is significantly larger than the radius of curvature said arc in the off-axis zones, z. B. about 1.6 times the length has the same.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Rotationskolbenmaschine nach der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Querschnitt senkrecht zur Maschinenwelle und F i g. 2 einen Schnitt nach Linie I1-11 der F i g. 1, jedoch in der Stellung des strichpunktiert eingezeichneten Kolbens.In the drawing is an embodiment of the rotary piston machine shown schematically according to the invention, namely FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the machine shaft and F i g. 2 shows a section along line I1-11 of FIG G. 1, but in the position of the piston shown in dash-dotted lines.

An der zentral angeordneten Maschinenwelle 1 sind zwei ausragende Scheiben 2 fest aufgesetzt, an deren äußeren Umfang Gelenkzapfen 3, 3 a, 3 b gelagert sind, welche zur Welle 1 parallel liegen und gegeneinander einen Winkelabstand von l20° aufweisen. An diesen Gelenkzapfen 3, 3 a, 3 b sind zylindersegmentförmige Kolben 4, 4 a, 4 b gelagert, deren Außenfläche die Form eines flachen Kreis- oder Ellipsenbogens besitzt, wobei jedoch in der Mitte der Außenfläche eine Kolbenmulde 5 vorgesehen ist, welche von der Mitte beiderseits etwa über ein Viertel der Breite reicht. An den beiden Enden der Kolben sind Radialdichtungen in Form von Dichtleisten 6 in entsprechende Nuten 7 so eingesetzt, daß sie ungefähr radial zur Welle 1 stehen und sich radial einstellen können. Die durch die beiden Anliegestellen der Radialdichtungen 6 je eines Kolbens 4, 4 a, 4 b zur Achse der Welle 1 verlaufenden Achsen schließen zwischen sich einen Winkel von 90° oder annähernd 90° ein. Das innere Ende der Nut 7 ist durch eine Bohrung 8, welche zur Außenfläche des Kolbens führt, mit dem Arbeitsraum verbunden.Two protruding disks 2 are firmly attached to the centrally arranged machine shaft 1, on the outer circumference of which pivot pins 3, 3 a, 3 b are mounted, which are parallel to the shaft 1 and have an angular distance of 120 ° from one another. On this pivot pin 3, 3 a, 3 b cylinder segment-shaped pistons 4, 4 a, 4 b are mounted, the outer surface of which has the shape of a flat circular or elliptical arc, but in the middle of the outer surface a piston recess 5 is provided, which is from the Middle on both sides is about a quarter of the width. At the two ends of the pistons, radial seals in the form of sealing strips 6 are inserted into corresponding grooves 7 so that they are approximately radial to the shaft 1 and can be adjusted radially. The axes extending through the two contact points of the radial seals 6 each of a piston 4, 4 a, 4 b to the axis of the shaft 1 enclose an angle of 90 ° or approximately 90 ° between them. The inner end of the groove 7 is connected to the working space through a bore 8 which leads to the outer surface of the piston.

Der Kolben legt sich in seiner ganzen Umlaufbahn mit diesen Dichtungsleisten an eine oval-zylindrische innere Mantelfläche 10 an, welche die Innenfläche des Mantels 11 bildet. Der Mantel 11 besitzt ferner einen äußeren Mantel 12 und einen Hohlraum 13, welcher mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist. An der ovalen inneren Mantelfläche 10, die aus zwei gegenüberliegenden Kreisbogen an der längeren Halbachse und diese verbindenden Kurven höherer Ordnung besteht, sind am Umfang die für den Betrieb der Maschine nötigen Kanäle vorgesehen. Durch den Kanal 15 tritt die Verbrennungsluft in die Maschine ein und 16 ist der Auslaßkanal. Diese Kanäle liegen symmetrisch beiderseits der einen achsnahen Zone 17 der inneren Mantelfläche. An der gegenüberliegenden achsnahen Zone 18 der inneren Mantelfläche 10 ist die Brennstoffeinspritzdüse 19 und im Abstand davon eine Zündkerze 20 angebracht. Die Welle 1 ist in den Seitenteilen der Maschine in üblicher Weise mittels Wälzlagern 21 gelagert. Die Außenfläche 22 der Kolben ist so gekrümmt, daß sie sich völlig an die Krümmung der achsnahen Zone der inneren Mantelfläche anlegt, wenn sich der zugehörige Gelenkzapfen 3, 3 a, 3 b gegenüber dieser Zone befindet. Wenn sich nun der Kolben weiterbewegt, so daß nach einer Vierteldrehung der betreffende Zapfen einer der achsfernen Zonen der inneren Mantelfläche 23 oder 24 gegenüberliegt, so hat sich zwischen der Außenfläche 22 des Kolbens und der inneren Mantelfläche 10 ein sichelförmiger Raum 25 gebildet, der in dieser Lage sein Maximum besitzt. Dieser Raum 25 verringert sich bei der Weiterdrehung allmählich bis fast auf Null, wenn der Kolben sich wieder in der Lage gegenüber den achsnahen Zonen 17 und 18 befindet. Es besteht aber, obwohl der Kolben sich an diese Krümmung der inneren Mantelfläche 10 anschmiegt, trotzdem ein Zwischenraum zwischen der Außenfläche des Kolbens und der inneren Mantelfläche 10, der durch die Kolbenmulde 5 in der Mitte des Kolbens gebildet ist und in welcher sich das komprimierte Gemisch in der Zündstellung befindet.The piston rests in its entire orbit with these sealing strips against an oval-cylindrical inner jacket surface 10, which forms the inner surface of jacket 11. The jacket 11 also has an outer jacket 12 and a cavity 13 which is filled with cooling liquid. On the oval inner lateral surface 10, which consists of two opposite circular arcs on the longer semiaxis and higher-order curves connecting these, the channels necessary for the operation of the machine are provided on the circumference. The combustion air enters the engine through duct 15 and 16 is the outlet duct. These channels lie symmetrically on both sides of the one near-axis zone 17 of the inner lateral surface. The fuel injection nozzle 19 is attached to the opposite, near-axis zone 18 of the inner circumferential surface 10, and a spark plug 20 is attached at a distance therefrom. The shaft 1 is mounted in the side parts of the machine in the usual way by means of roller bearings 21. The outer surface 22 of the piston is curved so that it rests completely on the curvature of the zone near the axis of the inner lateral surface when the associated pivot pin 3, 3 a, 3 b is located opposite this zone. If the piston now moves further so that after a quarter turn the relevant pin is opposite one of the off-axis zones of the inner jacket surface 23 or 24, a sickle-shaped space 25 has formed between the outer surface 22 of the piston and the inner jacket surface 10, which in this Location owns its maximum. As the rotation continues, this space 25 is gradually reduced to almost zero when the piston is again in the position opposite the zones 17 and 18 close to the axis. However, although the piston clings to this curvature of the inner jacket surface 10, there is still a gap between the outer surface of the piston and the inner jacket surface 10, which is formed by the piston recess 5 in the center of the piston and in which the compressed mixture is located is in the ignition position.

Die Wirkungsweise ist folgende: Angenommen, die Welle 1 drehe sich im Sinne des Uhrzeigers, so wird in der gezeichneten Stellung der zwischen der Außenfläche 22 des Kolbens 4 und der inneren Mantelfläche 10 eingeschlossene Raum allmählich größer, wodurch durch den Einlaßkanal 15 die Verbrennungsluft angesaugt wird. Bei der Weiterdrehung des Kolbens 4 von der Stellung gegenüber der achsfernen Zone 23 (strichpunktiert dargestellt) bis zur Stellung, in welcher sich der Kolben gegenüber der achsnächsten Zone 18 befindet, wird der Zwischenraum bis fast auf Null verkleinert und daher die darin befindliche Luft stark komprimiert. In dieser Lage, welche dem Kolben 4 a der Zeichnung entspricht, wird der Brennstoff eingespritzt und unmittelbar darauf entzündet. Die Brenngase können während der Weiterdrehung des Kolbens 4a expandieren und die Treibarbeit leisten. Beim Überschreiten der Lage gegenüber der achsfernen Zone 24 öffnet sich allmählich die Auslaßöffnung 16 und die verbrannten Gase können durch diese Öffnung nach außen abströmen.The mode of operation is as follows: Assuming that the shaft 1 rotates clockwise, in the position shown the space enclosed between the outer surface 22 of the piston 4 and the inner circumferential surface 10 becomes gradually larger, as a result of which the combustion air is sucked in through the inlet duct 15 . As the piston 4 continues to rotate from the position opposite the off-axis zone 23 (shown in dash-dotted lines) to the position in which the piston is located opposite the next-axis zone 18, the gap is reduced to almost zero and the air therein is therefore strongly compressed . In this position, which corresponds to the piston 4 a of the drawing, the fuel is injected and immediately ignited. The combustion gases can expand while the piston 4a continues to rotate and do the driving work. When the position opposite the off-axis zone 24 is exceeded, the outlet opening 16 gradually opens and the burnt gases can flow out through this opening.

Bei jeder Umdrehung der Welle 1 tritt demgemäß, da drei Kolben vorhanden sind, welche dieselbe Wirkungsweise besitzen, schon bei einem einzigen Zylinder ein dreimaliges Ansaugen, Komprimieren, Expandieren und Auspuffen ein.With each revolution of the shaft 1 occurs accordingly, there are three pistons which have the same mode of operation, even with a single cylinder three times of suction, compression, expansion and exhaust.

Es ist klar, daß man durch Anordnung mehrere derartiger Zylinder und Gruppen von Kolben auf der Welle 1 ebensogut einen sechs-, neun- oder zwölffachen Zyklus bewirken kann, so daß die treibende Expansion in sehr kleinen zeitlichen Abständen erfolgt und ein vollkommen gleichmäßiges Drehmoment erzielt wird.It is clear that by arranging several such cylinders and Groups of pistons on shaft 1 might as well be six, nine or twelve times Cycle can cause the driving expansion in a very small time Distances takes place and a perfectly even torque is achieved.

Die für die Abdichtung der Arbeitsräume zwischen den Flächen 10 und 22 dienenden Dichtleisten 6 werden durch den in diesem Arbeitsraum herrschenden Druck über die Verbindungskanäle 8 an die innere Mantelfläche 10 angedrückt, so daß die ständige Dichthaltung gewährleistet ist.The sealing strips 6, which serve to seal the working spaces between the surfaces 10 and 22, are pressed by the pressure prevailing in this working space via the connecting channels 8 onto the inner jacket surface 10, so that the permanent sealing is ensured.

Claims

Claims: 1. Rotary piston internal combustion engine, in particular with fuel injection, in which two or more pistons revolve in a cylindrical jacket of oval cross-section, which are pivotably mounted on a hub part fixed to the shaft, by means of radial seals attached to their ends during the entire revolution on the inner surface of the Shell are slidably guided and form working spaces periodically changing in size as they rotate, characterized in that the pistons (4, 4a, 4b), which are segment-like in a manner known per se, are essentially centered in fixed hinge points (3, 3a, 3b ) are pivotably mounted outside the working space on the hub part (2) and have radial seals (6) at both ends.

2. Rotary piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the axes extending through the two contact points of the radial seals (6) each of a piston (4, 4a, 4b) to the shaft axis enclose an angle of approximately 90 ° between them.

3. Rotary piston internal combustion engine according to claims 1 or 2, characterized in that the inner surface of the jacket (10) in, cross section is formed by an oval curve made up of two each other in the direction of the longer diameter opposite circular arc of the same radius which are connected to each other by a curve of higher order each, whose The radius of curvature in the zones close to the axis is much larger than the radius of curvature said arc in the off-axis zones, z. B. about 1.6 times the length has the same.

4. Rotary piston internal combustion engine according to claim 3, characterized characterized in that the outer surface (22) of the piston is delimited by a curved surface which is essentially the same as the curve surface after which the working space is curved at the zones near the axis (17, 18) of the inner lateral surface (10).

5. Rotary piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that in per se known Way attached to the ends of the piston radial seals in the form of sealing strips (6) are inserted into grooves (7).

6. Rotary piston internal combustion engine according to Claim 5, characterized in that in a known manner from the deepest Place the grooves (7) bores (8) to places the curved outer surface of the segments are provided, which is located between the sealing strips.

7. Rotary piston internal combustion engine according to claim 4, characterized in that a piston recess (5) is provided on the outer surface (22) of the piston in the center. Considered publications: German Patent Specifications No. 8686, 10 796; French Patent No. 440 306; Belgian patent application No. 571358; British Patent No. 673 051.