DE19711172A1 - Rotary piston engine - Google Patents

Rotary piston engine

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DE19711172A1
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Heinz A Dr Selic
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/126Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with elements extending radially from the rotor body not necessarily cooperating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

The engine has a casing (12) with an inlet (18) and an outlet (20) for a driving substance, e.g. LH2, or O2. A pair of rotary pistons (14,16) are arranged between the inlet and the outlet. The pistons are arranged so that their rotational axes (26) are parallel and so that opposite linear regions of their circumferential surfaces have the same spacing when both pistons are rotated. Both the rotary pistons are between the inlet and the outlet of the casing. The pistons may be coupled to rotate in opposite directions at the same speed by gear wheels, either directly or through the action of toothed belts.

Description

1. Der Rotationskolben-Motor hat im Leerlaufbetrieb im unteren Druckbereich (p1 < 1.5 bar) das Problem des Ladungsverlustes, da er im Prinzip nur durch einen Spaltwiderstand s < 0.1 [mm] von der Atmosphäre getrennt ist.1. The rotary piston engine has idle in the lower Pressure range (p1 <1.5 bar) the problem of charge loss, because in principle it only has a gap resistance s <0.1 [mm] is separated from the atmosphere.

In der Strömungstechnik wird ein hydraulischer Durchmesser dh beschrieben, der folgende Form hat:
In hydraulic engineering, a hydraulic diameter d h is described, which has the following form:

wobei A die Querschnittsfläche darstellt und U der Umfang dieser Fläche ist.where A represents the cross-sectional area and U the circumference this area is.

Ist nun der Durchmesser der Einlaßöffnung in der Größenordnung dieses hydraulischen Durchmessers dh, kann sich in der Ladungs­ kammer (Brennkammer) zunächst kein Antriebsdruck aufbauen.If the diameter of the inlet opening is of the order of magnitude of this hydraulic diameter d h , no drive pressure can initially build up in the charge chamber (combustion chamber).

Bei Belastung des Motors im Leerlauf (bspw. Antrieb der Licht­ maschine durch Restdruck) oder durch Druckluft bricht die hohe Leistung während der Verbrennung von H2 zusammen. Ein äquivalenter Druck zum Anlaufenlassen des Motors kann sich erst aufbauen, wenn gezündet wird. Dann allerdings sind die Ladungsverluste im Promille-Bereich und vernachlässigbar klein.If the engine is loaded while idling (e.g. alternator is driven by residual pressure) or compressed air, the high output collapses during the combustion of H 2 . An equivalent pressure to start the engine can only build up when it is ignited. Then, however, the charge losses are in the per mille range and are negligibly small.

2. Ein weiterer ungünstiger Effekt ist die hohe Energiedichte des H2 bei der Verbrennung, die nicht effektiv genug ausgenutzt wird. Der Motor gibt die gewonnene thermische Energie an den Auspuff, seine Wände und Drehkolben ungenutzt ab, wo sie doch Arbeit leisten könnte. Es ist leicht festzustellen, daß der Motor sehr schnell heiß wird. Die thermische Energie muß daher konserviert und besser zur Leistung herangezogen werden können. 2. Another unfavorable effect is the high energy density of H 2 during combustion, which is not used effectively enough. The engine releases the thermal energy it receives to the exhaust, its walls and rotary pistons unused, where it could do work. It is easy to see that the engine gets hot very quickly. The thermal energy must therefore be conserved and better used for performance.

Zu 1
Nach dem Maschinenbau-Prinzip "Es können drei gegeneinander laufende Teile nicht zueinander gedichtet werden" lassen sich nicht in jedem Moment alle drei Teile völlig hermetisch dicht zueinander bekommen. Das ist aber für die Anlaufphase bis zur Zündung nicht notwendig. Mit dem hier vorgeschlagenen Dichtungsprinzip ergibt sich für den Moment einer Drehung von weniger als α « 60° ein Ladungsverlust von ca. 20%. Der Motor beginnt aber sofort schon zu drehen und dies auch bei Brenn­ kammerdrücken p2 unter < 1.5 bar.
To 1
According to the mechanical engineering principle "Three parts running against each other cannot be sealed to each other", it is not possible to get all three parts completely hermetically sealed to each other at every moment. However, this is not necessary for the start-up phase until the ignition. With the sealing principle proposed here, a charge loss of approx. 20% results for the moment of a rotation of less than α «60 °. However, the engine starts to turn immediately, even with combustion chamber pressures p2 below <1.5 bar.

In der Fig. 1 ist gezeigt, wie das Dichtproblem gelöst werden kann.In Fig. 1 it is shown how the sealing problem can be solved.

Es sei darauf hingewiesen, daß an den Laufflächen parallel zu den flachen Seiten der Drehkolben keine Abdichtung notwendig ist. Dies ergibt sich aus der Länge des Dichtspaltes und der bekannten Relation Δp α i/dh.It should be noted that no sealing is necessary on the running surfaces parallel to the flat sides of the rotary lobes. This results from the length of the sealing gap and the known relation Δp α i / d h .

In den konvexen Enden der Drehkolben werden Nuten eingefräst, derart daß die eingelegten Dichtleisten (5) mit Anker nicht durch ihre Fliehkraft während der Drehung der Drehkolben herausgeschleudert werden können im Moment, in dem sie nicht gegen die Motorwand oder gegen den konkaven Teil des Nachbarkolbens gedrückt werden.Grooves are milled into the convex ends of the rotary lobes so that the inserted sealing strips ( 5 ) with anchors cannot be thrown out by their centrifugal force during the rotation of the rotary lobes at the moment when they are not pressed against the motor wall or against the concave part of the adjacent piston will.

Da die Kolben keine Cassinischen Kurvenformen haben, sondern aus strömungstechnischen Gründen ihr Umriß Polylinien mit Radien in den Quadranten sind, lassen sich diese Radien mit den Dichtleisten ein Stück weit entlang fahren. Die Kolben (3) trennt ein Spalt von ca. < 0.2 [mm]. Dies ist auch die Bewegung der Dichtleisten.Since the pistons do not have Cassini curve shapes, but for fluidic reasons, their outlines are polylines with radii in the quadrants, these radii can be moved a bit along with the sealing strips. The piston ( 3 ) separates a gap of approx. <0.2 [mm]. This is also the movement of the sealing strips.

Damit die Dichtleisten ohne Impakt wieder an der Wand entlang gleiten können, ist eine Gleitrampe (4) für die Dichtleisten vorgesehen. Diese Gleitrampe bewirkt einen kantenlosen Über­ gang der Dichtleisten vom konkaven Teil des Nachbardrehkolbens bis zum Kontakt wieder mit der Wand. Diese Gleitrampe (4) ist zwar mit dem gleichen Radius der Außenabmessung der Drehkolben vorgesehen, ist aber um ca. 5∘ gegen die Tangente im Berührungspunkt mit der Wand geneigt.A sliding ramp ( 4 ) is provided for the sealing strips so that the sealing strips can slide along the wall again without impact. This sliding ramp causes an edgeless transition of the sealing strips from the concave part of the neighboring rotary piston to the contact with the wall again. This sliding ramp ( 4 ) is provided with the same radius of the outer dimension of the rotary lobes, but is inclined by approx. 5∘ against the tangent at the point of contact with the wall.

Ein weiterer günstiger Umstand verbessert das Dichtproblem erheblich, wie im folgenden gezeigt wird.Another favorable circumstance improves the sealing problem significantly, as shown below.

Zu 2
Die Konservierung der Energie aus der Wasserstoffverbrennung und besseren Ausnutzung dieser könnte wie folgt erreicht werden:
To 2
The conservation of energy from hydrogen combustion and better use of it could be achieved as follows:

Im Moment der Ansaugphase wird über eine Sprüh-Düse (6) Wasser (1) in den Verbrennungsraum (2) gesprüht werden. Bei der Zündung durch die Glühkerze (oder andere Zünd­ mechanismen) wird nun erreicht, daß die hohe Energie­ dichte sich in überhitzten Wasserdampf verteilt, sich der Druck erheblich erhöht und mehr Arbeit geleistet werden kann. Es wird sich ein höherer Druck einstellen, als das bis jetzt der Fall war. Das Leck durch die Sprühöffnung ist vernachlässigbar klein.At the moment of the suction phase, water ( 1 ) is sprayed into the combustion chamber ( 2 ) via a spray nozzle ( 6 ). When igniting by the glow plug (or other ignition mechanisms) it is now achieved that the high energy density is distributed in superheated steam, the pressure increases significantly and more work can be done. There will be a higher pressure than has been the case up to now. The leak through the spray opening is negligible.

Der Dichtungseffekt durch das sich auf den Kolben niederschlagende Wasser liegt auf der Hand. Da das Δp direkt proportional der Viskosität η ist, ergibt sich ein höherer Spaltwiderstand dadurch, daß das η für die Flüssigkeit Wasser eingesetzt werden muß und nicht mehr das für den H2 oder die Luft. Das Ergebnis variiert um 10-er Potenzen gegenüber dem der Gasphase.The sealing effect due to the water depositing on the piston is obvious. Since the Δp is directly proportional to the viscosity η, a higher gap resistance results from the fact that the η must be used for the liquid water and no longer that for the H 2 or the air. The result varies by powers of 10 compared to that of the gas phase.

Mehr noch da ja auch die Mediumsdichte ϕ für das Δp herangezogen werden muß, errechnet sich ein weit höheres Δp für die Flüssigphase als eben für die Gasphase.Even more so is the medium density ϕ for the Δp must be used, a much higher one is calculated Δp for the liquid phase as just for the gas phase.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Drehkolben-Motor mit der Anordnung der Dichtleisten und der Sprühdüse für Wasser. Fig. 1 shows a cross section through the rotary piston engine with the arrangement of the sealing strips and the spray nozzle for water.

Claims (5)

1. Drehkolben (3) mit einer Dichtung (5), die vor dem Ausgleiten durch Fliehkraft aus der Nut durch eine Hammerkopfform geschützt ist.1. Rotary piston ( 3 ) with a seal ( 5 ), which is protected from sliding out by centrifugal force from the groove by a hammer head shape. 2. Drehkolben (3) mit einer Dichtung (5), die auf einer Gleitrampe (4) impaktfrei wieder zum Wandkontakt geleitet wird.2. Rotary piston ( 3 ) with a seal ( 5 ), which is passed back to the wall contact without impact on a sliding ramp ( 4 ). 3. Drehkolben für einen Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-2 der nur noch während einer Phase von α « 60° einen Ladungsverlust zuläßt.3. Rotary pistons for a rotary piston engine according to the Claims 1-2 of only during a phase of α «60 ° allows a loss of charge. 4. Einsprühdüse (6) für Wasser in einen Drehkolbenmotor derart, daß die Verbrennungsenergie von H2/O2 in der Brennkammer (2) in überhitzten Wasserdampf (1) konserviert wird.4. spray nozzle ( 6 ) for water in a rotary piston engine such that the combustion energy of H 2 / O 2 in the combustion chamber ( 2 ) is preserved in superheated steam ( 1 ). 5. Durch die in Wasserdampf (1) konservierte Verbrennungsenergie sich der Brennkammerdruck p2 erheblich erhöht und der Wirkungsgrad des Dreh­ kolben-Motors insbesondere nach den Ansprüchen 1-4 erheblich steigern läßt.5. Due to the combustion energy conserved in water vapor ( 1 ), the combustion chamber pressure p 2 increases considerably and the efficiency of the rotary piston engine can be increased considerably, in particular according to claims 1-4.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10004153A1 (en) * 2000-01-31 2001-08-09 Heinz Anton Selic Hydrogen motor operating process, in which water has sealing and line resistance increasing effect
WO2002097272A1 (en) * 2001-05-31 2002-12-05 Domiko Trading, Ltd. Rotary pump
CN113389637A (en) * 2021-06-29 2021-09-14 北京工业大学 Air inlet humidifying quality adjusting hydrogen rotor machine and control method
DE102022103992A1 (en) 2022-02-21 2023-08-24 ELMA Immobilien- und Vermögensverwaltungsgesellschaft mbH rotary engine

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