DE1526412A1 - Rotary piston internal combustion engine - Google Patents
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Description
8 München 2, 11.Oktober 19668 Munich 2, October 11, 1966
Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.
Kreiskolben-BrennkraftmaschineRotary piston internal combustion engine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit einem dreiseitigen Kreiskolben, der planetenartig in einem Zweikammergehäuser epitrochoidaler Gestalt um einen auf einer ( Exzenterwelle sitzenden Exzenter umläuft.The invention relates to a rotary piston internal combustion engine with a three-sided rotary piston, which is planet-like in a two-chamber housing epitrochoidal shape around a ( Eccentric shaft seated eccentric rotates.
Es ist bekannt, daß es bei Brennkraftmaschinen dieser Bauart schwierig ist, ein hohes Kompressions- und Expansionsverhältnis zu erzielen, wenn man eine kompakte Brennkammer beibehalten will. Ziel der Erfindung ist es, das tatsächliche Kompressions- und Expansionsverhältnis zu erhöhen, ohne den Vorteil einer kompakten und wirksamen Brennkammer einzubüßen.It is known that it is difficult for internal combustion engines of this type to have a high compression and expansion ratio to achieve if you want to keep a compact combustion chamber. The aim of the invention is to determine the actual compression and expansion ratio without losing the advantage of a compact and efficient combustion chamber.
Gemäß der Erfindung ist eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine der vorbeschriebenen Bauart kombiniert mit zwei Kreiskolbenmaschinen je von der Bauart mit zweiseitigem Kreiskolben, die sich planetenartig in einem Einkammergehäuse epitrochoidaler Gestalt um einen Exzenter auf einer Welle drehen, wobei die AnordnungAccording to the invention, a rotary piston internal combustion engine of the type described above is combined with two rotary piston engines each of the type with double-sided rotary piston, which is planet-like in a single-chamber epitrochoidal shape rotate around an eccentric on a shaft, the arrangement
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derart getroffen ist, daß die drei Kolben in einer festen zyklischen Phasenbeziehung in der Weise umlaufen, daß Gas in die Maschine durch die erste der Einkammermaschinen eingesaugt wird, daß dieses Gas dann zwischen dem Kolben der ersten Einkammermaschine und dem Kolben der Zweikammermaschine und ihren entsprecnenden Gehäusen komprimiert wird, daß das Gas dann weiter in der Zweikammermaschine komprimiert wird, daß nach Einleitung der Verbrennung eine Expansion in der Zweikammermaschine stattfindet, daß eine weitere Expansion zwischen dem Kolben der Zweikammermaschine und dem Kolben der zweiten Einkammermaschine und den entsprechenden Gehäusen stattfindet und daß die Abgase schließlich aus der Maschine durch den Kreiskolben der zweiten Einkammermaschine ausgestoßen werden.is made such that the three pistons in a fixed cyclic Revolve phase relationship in such a way that gas is sucked into the machine through the first of the single-chamber machines that this Gas then between the piston of the first single-chamber machine and the piston of the two-chamber machine and their corresponding housings is compressed, that the gas is then further compressed in the two-chamber machine, that after the initiation of combustion, an expansion in the two-chamber machine takes place that a further expansion between the piston of the two-chamber machine and the piston of the second single-chamber machine and the corresponding housings takes place and that the exhaust gases finally out of the machine through the Rotary pistons of the second single-chamber machine are ejected.
Vorzugsweise sind die Einkammermaschinen und die Zweikammermaschine so angeordnet, daß die Achsen der Wellen, auf denen die Kolben montiert sind, parallel zueinander liegen und daß die Kolben in einer gemeinsamen Ebene laufen, so daß die die Einkammermascninen mit der Zweikammermaschine verbindenden Leitungen so kurz als möglich gehalten werden können.The single-chamber machines and the two-chamber machine are preferred arranged so that the axes of the shafts on which the pistons are mounted are parallel to each other and that the pistons in a common plane run so that the lines connecting the Einkammermascninen with the two-chamber machine as short as can be kept possible.
Vorzugsweise ist das volumetrische Kompressionsverhältnis das gleiche wie das volumetrische Expansionsverhältnis. Stattdessen kann jedoch das volumetrische Expansionsverhältnis wesentlich größer gemacht werden als das volumetrische Kompressionsverhältnis.Preferably the volumetric compression ratio is the same as the volumetric expansion ratio. Instead of this however, the volumetric expansion ratio can be made much larger than the volumetric compression ratio.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand beiliegender Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawing. In the drawing show:
Fig. 1 ein scheraatischer vertikaler Schnitt einer erfindungsgemäßenFig. 1 is a sheared vertical section of an inventive
Kreiskolben-Brennkraftmaschine,
Fig. 2, 3, 4 und 5 in schematischer Darstellung die KreiskolbenRotary piston internal combustion engine,
2, 3, 4 and 5 show the rotary pistons in a schematic representation
in aufeinanderfolgenden Betriebsstellungen, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 gemäß Fig.l.in successive operating positions, Fig. 6 shows a section along the line 6-6 according to Fig.l.
Die in Fig.l dargestellte Brennkraftmaschine weist ein gemeinsames Gehäuse 10 auf, das sowohl den Kreiskolben 11 der Zweikammermaschine und die beiden Kreiskolben 12 und 13 der Einkammermaschinen ent- ( hält. Die Zweikammermaschine ist im wesentlichen von der Bauart, die in der britischen Patentschrift 1 OOB 745 beschrieben ist.The internal combustion engine shown in Fig.l comprises a common housing 10, both the rotary piston corresponds 11 of the two-chamber machine and the two rotary pistons 12 and 13, the single chamber (holds. The two-chamber machine is substantially of the type disclosed in British Patent Specification 1 OOB 745 is described.
Der Kreiskolben 11 der Zweikammermaschine liegt in einem Teil ,des Gehäuses 10, das eine innere Mantelfläche 14 einer doppellappigen epitrocholdalen Gestalt besitzt und der Kreiskolben 11 steht im Schlupfeingriff mit dem Gehäuse, wobei Dichtflächen 15 an den Scheitelflachen des Kolbens eine Radialdichtung gegenüber der Mantelfläche 14 bewirken. Der Kreiskolben 11 ist auf einem ExzenterThe rotary piston 11 of the two-chamber machine is located in a part of the Housing 10, which has an inner lateral surface 14 of a double-lobed epitrocholdal shape and the rotary piston 11 is standing in slip engagement with the housing, with sealing surfaces 15 on the apex surfaces of the piston forming a radial seal with respect to the lateral surface 14 effect. The rotary piston 11 is on an eccentric
42 (Fig» 2 und 6) auf der Welle 16 gelagert.42 (FIGS. 2 and 6) mounted on the shaft 16.
Der Kolben 11 weist Kolbenmulden 17 in jeder Kolbenfläche auf und diese Kolbenmulden bilden einen Teil des Verbrennungsraumes, wenn der Kolben 11 in der in Fig.4 dargestellten Stellung befindlich ist. Indexzahnräder l8 und 19 sind am Kolben 11 bzw. einer Stirnwand des Gehäuses angeordnet. Diese miteinander in Eingriff stehendenThe piston 11 has piston bowls 17 in each piston surface and these piston bowls form part of the combustion chamber when the piston 11 is in the position shown in FIG. Index gears l8 and 19 are on the piston 11 and an end wall of the housing arranged. These are in engagement with each other
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Zahnräder be*irken, daß der Kolben 11 sich mit einem Drittel der * Drehzahl der Welle 16 dreht.Gears ensure that the piston 11 moves with a third of the * Speed of shaft 16 rotates.
Brennstoff wird der Haschine über Brennstoffeinspritzvorrichtungen 20 zugeführt, in deren Nähe Zündkerzen 21 angeordnet Bind* Zündkerzen sind bei gewissen Anwendungen der Brennkraftmaschine (wenn diese als Dieselmotor läuft) nicht erforderlich und die Zahl der Brennstoffeinspritzdüsen und der Zündkerzen kann Je nach der Bauart der Maschine abgewandelt werden.Fuel is supplied to the machine through fuel injectors 20 supplied, in the vicinity of which spark plugs 21 are arranged. Bind * Spark plugs are used in certain applications of the internal combustion engine (if this runs as a diesel engine) not required and the number of fuel injectors and spark plugs may vary depending on the Design of the machine can be modified.
Das Gehäuse 10 weist eine erste und eine zweite Einkammermaschine auf, die die Kreiskolben 12 und 13 enthalten. Die inneren Mantelflächen der betreffenden Abschnitte des Gehäuses, die die Kreiskolben 12 bzw. 13 enthalten, sind mit 22 bzw. 2j$ bezeichnet und diese inneren Mantelflächen haben etwa die Gestalt eines einlappigen Bpitrochoidals. Jeder der Kolben 12 und 13 ist zweiseitig ausgebildet und weist Radialdichtungen 24 und 24a an den Scheiteln auf,The housing 10 has a first and a second single chamber machine which contain the rotary pistons 12 and 13. The inner circumferential surfaces of the relevant sections of the housing, which are the rotary pistons 12 and 13, respectively, are denoted by 22 and 2j $ and these inner lateral surfaces have roughly the shape of a single-lobed bpitrochoidal. Each of the pistons 12 and 13 is formed on both sides and has radial seals 24 and 24a at the apexes,
22 und 23 die an den inneren Mantelflächen/entlanggleiten.22 and 23 which slide along the inner circumferential surfaces /.
Zahnräder 25 und 26, die auf der Stirnseite des Gehäuses und des Kolbens 12 angeordnet sind, bewirken, daß sich der Kreiskolben 12 mit der halben Drehzahl der Welle 27 dreht, auf der er gelagert 1st. Der Kolben 13, der auf einer Welle 28 gelagert ist, weist ähnliche Zahnräder 29 und 30 auf, die miteinander in Eingriff stehen, so daß sich auch der Kreiskolben 13 mit der halben Drehzahl der Welle dreht, auf der er gelagert ist.Gears 25 and 26, which are on the face of the housing and the Piston 12 are arranged, cause the rotary piston 12 to rotate at half the speed of the shaft 27 on which it is mounted 1st. The piston 13, which is mounted on a shaft 28, has similar gears 29 and 30, which are in engagement with each other, so that the rotary piston 13 with half the speed of the Rotates shaft on which it is mounted.
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Auf jeder der Wellen 16,27 und 28 sind Zahnräder 31 bzw.32 bzw. 33 angeordnet, die sämtlich mit einem weiteren Zahnrad 34 kämmen, das auf der Haupt-Abtriebsweile 35 befestigt ist. Durch geeignete Wahl der Verhältnisse der Zahnräder 31,32, 33 und 3^ kann erreicht werden, daß sich die Hauptantriebswelle 35 mit einer Geschwindigkeit dreht, die in irgendeiner gewünschten Beziehung zur Drehzahl der Wellen 16,27 und 28 steht.On each of the shafts 16, 27 and 28 there are gears 31 and 32 and 33, respectively arranged, all of which mesh with another gear 34 that is attached to the main output shaft 35. By appropriate choice the ratios of the gears 31,32, 33 and 3 ^ can be achieved that the main drive shaft 35 rotates at a speed in any desired relationship to the speed of the Waves 16, 27 and 28.
Der Teil des Gehäuses 10, der den Kolben 12 aufnimmt, ist mit jenem Teil des Gehäuses 10, das den Kolben 11 beherbergt, über einen kurzen Übertragungskanal J>6 verbunden. In gleicher Weise ist der den Kolben 13 enthaltende Teil des Gehäuses mit dem den Kolben 11 enthaltenden Teil des Gehäuses über einen kurzen Übertragungskanal 37 verbunden. Es ist wichtig, diese Übertragungskanäle 36 und 37 so kurz als möglich zu halten, damit der volumetrische Wirkungsgrad der Maschine nicht beeinträchtigt wird. Um nun die Kanäle 36 und 37 so kurz als möglich zu halten, ist die aus den Zeichnungen ersichtliche Anordnung getroffen, gemäß welcher die drei Kolben 11, 12 und 13 in der gleichen Ebene liegen, wobei die Längsachsen der Wellen,auf denen die Kolben gelagert sind, parallel zueinander verlaufen.The part of the housing 10 which receives the piston 12 is connected to that part of the housing 10 which houses the piston 11 via a short transmission channel J> 6. In the same way, the part of the housing containing the piston 13 is connected to the part of the housing containing the piston 11 via a short transmission channel 37. It is important to keep these transmission channels 36 and 37 as short as possible so that the volumetric efficiency of the machine is not impaired. In order to keep the channels 36 and 37 as short as possible, the arrangement shown in the drawings is made, according to which the three pistons 11, 12 and 13 lie in the same plane, the longitudinal axes of the shafts on which the pistons are mounted are parallel to each other.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung haben die Kolben 12 und 13 die gleiche Größe und laufen in Gehäusen von gleicher Größe und sie drehen sich mit der gleichen Geschwindigkeit. Infolgedessen ist das erlangte Kompressionsverhältnis das gleiche wie dasIn the arrangement shown in the drawing, the pistons 12 and 13 have the same size and run in housings of the same Size and they rotate at the same speed. As a result, the compression ratio obtained is the same as that
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Expansionsverhältnis. Diese Verhältnisse brauchen jedoch nicht gleich zu sein. Es kann z.B. erforderlich sein, das Expansionsverhältnis sehr viel höher als das Kompressionsverhältnis zu wählen, so.daß der Kolben 13 die Gase bis auf etwa atmosphärischen Druck entspannt. Geeignete Verhältnisse sind z.B. folgende; Expansionsverhältnis 25:1, während das Kompressionsverhältnis nur 18:1 ist. Expansion ratio. However, these relationships do not need to be to be the same. For example, it may be necessary to choose the expansion ratio much higher than the compression ratio, so. that the piston 13 the gases down to about atmospheric pressure relaxed. Suitable ratios are, for example, the following; Expansion ratio 25: 1 while the compression ratio is only 18: 1.
Um zu gewährleisten, daß die Maschine mit hohem Wirkungsgrad arbeitet, ist es erforderlich, daß die relativen Winkelstellungen der Kreiskolben 11,12 und IJ zu bestimmten Zeiten in bestimmter V/eise angeordnet sind und die folgenden Stellungen sind wesentlich:To ensure that the machine works with high efficiency, it is necessary that the relative angular positions of the rotary pistons 11, 12 and IJ at certain times in certain V / eise are arranged and the following positions are essential:
Wenn die Exzentrizitäten der drei Wellen 16, 27 und 28 individuell je dadurch in ihrer Winkelstellung Null Grad definiert werden, wenn die Volumen 45 und 46 nach Pig.l gleich sind,und die Volumen 47 und 48 je einen maximalen Wert haben, dann zeigt sich, daß die obigen Bedingungen am besten erfüllt werden, wenn die Exzentrizität 45 der Welle 27 die Exzentrizität 4? der Welle 16 bis herauf zu 90 Grad führt oder bis zu 60 Grad verzögert und wenn die Exzentrizität 44 der Welle 28 der Exzentrizität 42 der Welle 16 bis 90 Grad nachläuft oder bis zu 60 Grad in Drehrichtung führt. Vorzugsweise können die genannten Bedingungen jedoch am besten dadurch erfüllt werden, daß die Exzentrizität 43 der Welle 27When the eccentricities of the three shafts 16, 27 and 28 individually each thereby defined in their angular position zero degrees if the volumes 45 and 46 according to Pig.l are the same, and the volumes 47 and 48 each have a maximum value, it turns out that the above conditions are best met when the eccentricity 45 of the shaft 27 the eccentricity 4? of shaft 16 up leads to 90 degrees or up to 60 degrees delayed and if the eccentricity 44 of the shaft 28 of the eccentricity 42 of the shaft 16 runs up to 90 degrees or leads up to 60 degrees in the direction of rotation. Preferably, however, the conditions mentioned can be best be met in that the eccentricity 43 of the shaft 27
42
die Exzentrizität/der Welle 16 von Null bis 60 Grad führt und wenn die Exzentrizität 44 der Welle 28 der Exzentrizität 42 der
Welle 16 von Null bis 60 Grad nachläuft. Bei" der in der Zeichnung dargestellten Anordnung führt die Exzentrizität 43 der Welle 2742
the eccentricity / of the shaft 16 leads from zero to 60 degrees and when the eccentricity 44 of the shaft 28 lags the eccentricity 42 of the shaft 16 from zero to 60 degrees. In the case of the arrangement shown in the drawing, the eccentricity 43 leads the shaft 27
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die Exzentrizität 42 der Welle 16 um 50 Grad und die Exzentrizität 44 der Welle 28 läuft der Exzentrizität 42 der Welle 16 um 30 Grad nach.the eccentricity 42 of the shaft 16 by 50 degrees and the eccentricity 44 of the shaft 28 follows the eccentricity 42 of the shaft 16 by 30 degrees.
Die optimalen Stellungen der Offnungen 49 bis 54 und insbesondere der Öffnungen 49 und 50 hängen bis zu einem gewissen Grade von der gewählten relativen Winkelstellung der Kreiskolben 11,12 und 13 ab, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Wesentlich ist jedoch, daß die Öffnungen 51 und 55 in dem Bereich der Scheiteldichtungen 24 liegen, wenn der Exzenter 45 der Welle 27 50 Grad hinter der Null-Stellung der Welle 27 liegt, die oben definiert wurde,und die öffnungen 52 und 54 müssen in einem Bereich der Scheiteldichtungen 24a liegen, wenn der Exzenter 44 der Welle 28 50 Grad vor der Null-Stellung der Welle 28 liegt. Die Offnungen 49 und 50 müssen im wesentlichen im Bereich der beiden Scheiteldichtungen 15 Hegen, die den JbCjKkammermaschinenam nächsten liegt, wenn der Exzenter 42 auf der Welle 16 sich In seiner Stellung Null Grad befindet.The optimal positions of the openings 49 to 54 and in particular the openings 49 and 50 depend to some extent on the selected relative angular position of the rotary pistons 11, 12 and 13, as described above. However, it is essential that the openings 51 and 55 in the area of the apex seals 24 lie when the eccentric 45 of the shaft 27 is 50 degrees behind the zero position of the shaft 27 defined above and the openings 52 and 54 must be in a region of the apex seals 24a are when the eccentric 44 of the shaft 28 is 50 degrees in front of the zero position of the shaft 28. The openings 49 and 50 must essentially in the area of the two apex seals 15, which is closest to the JbCjK chamber machines when the eccentric 42 on the shaft 16 is in its zero degree position.
Je geringer jedoch der Betrag ist, mit dem der Exzenter 43 der WelleHowever, the lower the amount with which the eccentric 43 of the shaft
der 27 vor dem Exzenter 42 der Welle 16 führt und je geringer/Betrag ist, mit dem der Exzenter 44 der Welle 28 hinter dem Exzenter 42 der Welle 16 herläuft, desto weiter müssen die Öffnungen 49 und 50 voneinander entfernt liegen.the 27 leads in front of the eccentric 42 of the shaft 16 and the lower / amount with which the eccentric 44 of the shaft 28 runs behind the eccentric 42 of the shaft 16, the further the openings 49 and 50 must apart from each other.
Es wird nun kurz die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine unter Bezugnahme auf die Figuren 2,3,4 und 5 beschrieben. In diesen Figuren kennzeichnen kleine Pfeile die Drehrichtungen der KolbenThe mode of operation of the internal combustion engine will now be briefly described with reference to FIGS. 2, 3, 4 and 5. In these Figures indicate small arrows the directions of rotation of the pistons
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und die größeren Pfeile zeigen die Richtung des Einflusses und des Ausflusses der Gase an. Das Gas tritt in Richtung der Pfeile 38 gemäß Fig.2 ein und wird in der durch den Pfeil 39 gekennzeichneten Richtung ausgestoßen. Zu Beginn des Arbeitszyklus befinden sich die Kolben 11,12 und 13 in der in Fig.2 ersichtlichen Stellung, in der der Kolben 12 gerade beginnt, Luft anzusaugen. Die Luftansaugung setzt sich fofct, wenn der Kolben 12 die in den Fig.3*4 und 5 dargestellten Stellungen aufeinanderfolgend einnimmt und es ist ersiehtlieh, daß die eingesaugte Luft zunächst in dem Raum zwischen dem Kolben 12 und dem Kolben 11 und ihren Jeweiligen Gehäusen komprimiert wird. Der Kolben 11 dreht sich in der aus den aufeinanderfolgenden Figuren ersichtlichen Weise und schließlich wird die Luft in dem mit 40 in Fig.2 gekennzeichneten Raum eingeschlossen, Aus der Folge der Figuren ergibt sich wiederum, daß eine weitere Kompression in dem Raum 40 in Fig.3 stattfindet und daß das Gas schließlich vollständig komprimiert ist, wenn der Kolben 11 sich in der in Fig.4 ersichtlichen Stellung befindet, in der die Verbrennung stattfindet. Das Gas beginnt sich dann auszudehnen, wie durch die Stellung des Kolbens 11 in Fig.5 angedeutet.and the larger arrows show the direction of influence and direction Outflow of gases. The gas emerges in the direction of arrows 38 according to FIG. 2 and is indicated by the arrow 39 in the Direction ejected. At the beginning of the work cycle are the Pistons 11, 12 and 13 in the position shown in FIG the piston 12 is just beginning to draw in air. The air intake is fofct when the piston 12 is as shown in FIGS Takes positions in succession, and it is evident that the sucked air is first compressed in the space between the piston 12 and the piston 11 and their respective housings will. The piston 11 rotates in the manner shown in the successive figures and finally the air becomes enclosed in the space marked 40 in FIG takes place in the space 40 in Figure 3 and that the gas is finally completely compressed when the piston 11 is is in the position shown in Fig.4, in which the combustion takes place. The gas then begins to expand, as indicated by the position of the piston 11 in FIG.
Eine Expansion findet zunächst nach dem Raum 4l hin statt und dann, wie aus den Fig.3*4 und 5 ersichtlich, wird eine Expansion zwischen den Kolben 11 und 13 bewirkt. Schließlich bewegt sich der Kolben in eine Lage, in der die Auslaßöffnung freiliegt und die Abgase in Richtung des Pfeiles 39 ausströmen.An expansion first takes place towards the room 4l and then, as can be seen from Fig.3 * 4 and 5, an expansion between the piston 11 and 13 causes. Eventually the piston moves to a position in which the exhaust port is exposed and the exhaust gases flow out in the direction of arrow 39.
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Die Einzelmaschinen können als Mehrfachmaschinen ausgebildet sein, wie dies in der erwähnten britischen Patentschrift beschriebenThe individual machines can be designed as multiple machines, as described in the aforementioned British patent
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Claims (6)
RUtaB durch geeignete Wahl der Verhältnisse der Rädermachine
RUtaB through a suitable choice of the ratios of the wheels
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DE102006013985B4 (en) * | 2006-03-22 | 2014-01-16 | Talip Tevkür | diesel engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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GB1068209A (en) | 1967-05-10 |
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