DE2517749A1

DE2517749A1 - Three cornered piston rotary IC engine - works on diesel cycle and has section of cylinder circular for high compression

Info

Publication number: DE2517749A1
Application number: DE19752517749
Authority: DE
Inventors: Fritz Opel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-04-22
Filing date: 1975-04-22
Publication date: 1976-11-04

Abstract

The engine has a three cornered piston (3) revolving in a cylinder (1). The inner surface (2) of the cylinder is epitrochoidal with the exception of a section (5-5) which is circular with a radius (20) from a point (16) at the intersection of the annular gear (12) with the pinion (13) at top dead centre. The crank shaft (7) is mounted off-centre and its midpoint (11) describes a circle (10) about the centre of the cylinder. The annular gear (12) is attached to the crank-shaft (7) by means of a lever (14) which allows relative movement between them but not complete rotation of one about the other. The result is non uniform rotation of the piston which overcomes the problems associated with the operation of a rotary engine on the diesel cycle.

Description

iiochverdichtende Rotationskolben-Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine, insbesondere mit Luftverdichtung mit einem feststehenden Mantel, dessen Innenfläche im Querschnitt einer Kreiskolbenmaschine mit einer zweibogigen Epitrochoida ähnlich ist, die zusammen mit Seitenteilen einen Innenraum begrenzen durch welchen senkrecht zu den Seitenteilen eine Exzenterwelle geführt und auf deren Exzenter ein dreieckiger Kolben drehbar gelagert ist, dessen Drehzahl durch ein Getriebe in einem festen Verhältnis zur Drehzahl der Exzenterwelle steht, bei der die Innenfläche des Mantels im Bereich der achsnahen Zone über die Kontur der Trochoidenform hinaus eine radiale Auswölbung hat. High Compression Rotary Piston Internal Combustion Engine The Invention relates to a rotary piston internal combustion engine, in particular with air compression with a fixed jacket, the inner surface of which is in the cross section of a rotary piston machine with a two-arched epitrochoid, which together with side parts form a The interior space is limited by an eccentric shaft perpendicular to the side parts out and on the eccentric a triangular piston is rotatably mounted, its Speed through a gear in a fixed ratio to the speed of the eccentric shaft stands in which the inner surface of the jacket in the area of the near-axis zone over the Contour of the trochoid shape also has a radial bulge.

Brennkraftmaschinen dieser Art sind bekannt, wobei sich jedoch die Ecken des Kolbens beim Umlauf auf der Kurvenlinie einer zweibogigen Epitrochoide bewegen und die Dichtleisten von der Mantelfläche gesteuert werden und dabei radialen Bewegungen ausgesetzt sind.Internal combustion engines of this type are known, but the Corners of the piston while revolving on the curved line of a double-arched epitrochoid move and the sealing strips are controlled by the lateral surface and thereby radial Are exposed to movements.

Es ist bekannt, daß seit der Entwicklung des Kreiskolbenmotors für das Otto-Verfahren versucht wird, diesen auch für das Diesel-Verfahren verwendbar zu machen. Technische Schwierigkeiten wie unzureichende Verdichtung und mangelhafte Verbrennung infolge des über die ganze Länge einer Kolbenflanke befindlichen Verbrennungsraumes, sowie Schwächen der Exzenterwelle, oder eine aufwendigere Bauweise gegenüber der einfachen Kreiskolbenmaschine, ließen viele Vorschläge an einer oder mehreren der genannten Schwierigkeiten scheitern.It is known that since the development of the rotary piston engine for the Otto process is tried, this can also be used for the diesel process close. Technical difficulties such as insufficient compaction and poor Combustion as a result of the combustion chamber located over the entire length of a piston flank, as well as weaknesses of the eccentric shaft, or a more complex design compared to the simple rotary piston engine, left many suggestions on one or more of the mentioned difficulties fail.

Es wurde nun gefunden, daß durch eine Umwandlung einer Kreiskolbenmaschine mit gleichförmig bewegtem Kolben in eine sogenannte kreiskolbenartige Umlaufkolbenmaschine mit ungleichförmig bewegtem Kolben durch eine kreisende Bewegung des Außenzahnrades, die innere Mantelfläche im Bereich der Verdichtungszone kreisbogenförmig innerhalb einer Trochoide gebildet werden kann und dadurch unter Beibehaltung einer einfachen Bauweise alle genannten Schwierigkeiten, auf zwei verschiedene Möglichkeiten, wie nachstehend beschrieben, beseitigt werden können.It has now been found that by converting a rotary piston engine with uniformly moving piston in a so-called rotary piston-type rotary piston machine with non-uniformly moving piston through a circular movement of the external gear, the inner circumferential surface in the area of the compression zone in the shape of a circular arc within a trochoid can be formed and thereby maintaining it a simple construction all the difficulties mentioned, in two different ways, as described below.

Ausführungsbeispiel 1 Die Exzenterwelle wird exzentrisch gelagert, wobei sich der neugebildete Schwerpunkt der Exzenterwelle mit Außenzahnrad und der Schwerpunkt des Bxzenters mit Kolben diametral mit gleichen Abständen vom Lagermittelpunkt gegenüberliegen und die beiden Schwerpunkte den Lagermittelpunkt gleichförmig Ruf einer Kreisbahn umlaufen. Das Außenzahnrad wird auf der Exzenterwell£ beweglich angeordnet und durch einen an diesem befestigten Hebel, der am Seiten,teil mit einem Zapfen beweglich verbunden ist, an einer Drehbewegung gehindert. Beim Umlauf der Exzenterwelle führt der Hebel eine Schwenkbewegung aus, die sich auf das Außenzahnrad so auswirkt, daß dieses beim Umlauf der Exzenterwelle über 180° im unteren Bereich unterhalb der Mittelachse eine Schwenkbewegung in Drehrichtung der Exzenterwelle ausführt, wobei das mit dem Außenzahnrad in Eingriff stehende Innenzahnrad mit dem Kolben beachleunigt umläuft. Beim Umlauf der Exzenterwelle über 1800 im oberen Bereich über der Mittelachse ist die Schwenkbewegung des Außenzahnrades entgegengesetzt der Drehrichtung der Exzenterwelle, wobei der Kolben verzögert umläuft. Hierbei erzeugt beim Umlauf des Kolbens um 1200 die jeweilige Kolbenecke im Bereich der Verdichtungszone die Form eines Kreisbogens, 9o daß die innere Mantelfläche in diesem Bereich ebenfalls als Kreisbogen, innerhalb einer Trochoide; ausgebildt werden kann, während die übrige Mantelfläche ein Teilstück einer zweibogigen Epitrochoide aufweist. Bei der kreisförmigen Auswölbung der Mantelfläche ist es möglich, die Kolbenflanken ebenfalls als Kreisbogen mit dem kleinstmöglichen Abstand parallel zur Mantelfläche auszubilden, wobei eine extrem hohe Verdichtung bei kompakten Verbrennungsräumen unabhängig von der Exzentrizität erziel werden kann. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Verbrennungsräume in den Kolbenflanken in beliebiger Form und Lagt anzuordnen, wobei der Effekt einer Wirbelkammer infolge des beschleunigten allseitigen Einströmens der verdichteten Luft am Ende des Verdichtungsvorgangs in den Verbrennungsraum wirksam wird. Bekanntlich steht bei KreiskOlbenmaschinen für die Exzenterwelle ein Platz zur Verfügung, der kleiner ist als der vierfache Wert der Exzentrizität. Da jedoch der Abstand der beiden Schwerpunkte von Exzenterwelle und Kolben dem zweifachen Wert der Exzentrizitä entspricht, steht für die Exzenterwelle der vorgeschlagenen Maschine ein Platz zur Verfügung, der kleiner ist, als der achtfache Wert der Exzentrizität und ergibt somit die doppelte Wellenstärke gegenüber einer Kreiskolbenmaschine mit gleicher Exzentrizität. Hierdurch können die Arbeitsräume in Achsrichtung größer und die Verbrennungsräume zwischen zwei Exzenter angeordnet werden, wobei eine sehr kompakte Bauweise erzielt werden kann. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die diametrale Lage der beiden Schwerpunkte von Exzenterwellt und Kolben bei gleichen Abständen vom Lagermittelpunkt, wobei die Zentrifugalkräfte bei gleicher Massenauslegung gegenseitig aufgehoben werden und ein zusätzlicher Massenausgleich nicht erforderlich ist. Weiter ist es möglich, durch entsprechende Bemessung und Lage der Verbrennungsräume eine Uberschntidung beim Gaswechselvorgang beliebig zu begrenzen, wodurch Spülverluste weitg ehenst vermieden werden können. Weiterhin ist durch eine begrenzte Uberschneidung die Möglichkeit gegeben, die Maschine als Motorbremse auszunutzen. In diesem Fall bedarf es zu einer feinfühligen Abstufung der Bremswirkung lediglich des Einbaus eines regelbaren Drosselvorgangs in die Auslaßö ffnung.Embodiment 1 The eccentric shaft is mounted eccentrically, whereby the newly formed center of gravity of the eccentric shaft with external gear and the Center of gravity of the eccentric with piston diametrically at the same distance from the center of the bearing opposite and the two focal points call the center of the camp uniformly circulate a circular path. The external gear is movable on the eccentric shaft £ arranged and by a lever attached to this, which is on the side, part with a Pin is movably connected, prevented from rotating. When the With the eccentric shaft, the lever executes a pivoting movement that affects the external gear has such an effect that this occurs when the eccentric shaft rotates over 180 ° in the lower area a swivel movement in the direction of rotation of the eccentric shaft below the central axis executes, wherein the internal gear engaged with the external gear with the Piston revolves accelerated. When the eccentric shaft rotates over 1800 in the upper area The pivoting movement of the external gear is opposite over the central axis the direction of rotation of the eccentric shaft, with the piston rotating with a delay. Here generates the respective piston corner in the area of the when the piston rotates by 1200 Compression zone has the shape of an arc of a circle, 9o that the inner circumferential surface in this Area also as a circular arc, within a trochoid; can be trained while the rest of the lateral surface has a section of a two-arched epitrochoid. With the circular bulge of the lateral surface, it is possible to use the piston flanks also as a circular arc with the smallest possible distance parallel to the outer surface train, with an extremely high compression in compact combustion chambers can be achieved regardless of the eccentricity. This is the possibility given, the combustion chambers in the piston flanks in any shape and position to order where the effect of a vortex chamber as a result of the accelerated all-round inflow of the compressed air at the end of the compression process into the combustion chamber will. As is well known, there is a place for the eccentric shaft in circular piston machines available, which is less than four times the value of the eccentricity. However, since the distance between the two centers of gravity of the eccentric shaft and piston is twofold The value of the eccentricity corresponds to the eccentric shaft of the proposed Machine a space available that is less than eight times the value of the eccentricity and thus results in twice the shaft strength compared to a rotary piston machine same eccentricity. This allows the working spaces to be larger in the axial direction and the combustion chambers are arranged between two eccentrics, one being very compact design can be achieved. Another advantage arises from the diametrical position of the two centers of gravity of the eccentric shaft and piston with the same Distances from the center of the bearing, the centrifugal forces with the same mass design are mutually canceled and an additional mass balancing is not required is. It is also possible through the appropriate dimensioning and location of the combustion chambers limit any overlap during the gas exchange process, thereby reducing flushing losses can be largely avoided. Furthermore, there is a limited overlap given the opportunity to use the machine as a motor brake. In this case all that is required for a sensitive gradation of the braking effect is installation an adjustable throttling process in the outlet opening.

Ausführungsbeispiel 2 Die Exzenterwelle wird zentrisch gelagert, auf der ein zusätzlicher Exzenter für das Außenzahnrad, um 1800 versetzt zu dem Exzenter des Kolbens befestigt wird. Das Außenzahnrad wird beweglich auf dem Exzenter angeordnet und-durch einen Hebel, der mit dem Seitenteil beweglich verbunden ist, an einer Drehbewegung gehindert. Die Schwerpunkte der beiden Exzenter haben wiederum gleiche Abstänae vom Lagermittelpunkt, wodurch beim Umlauf der Exzenterwelle die - Schwenkbewegung des Hebels die gleiche Bewegung wie im Ausführungsbeispiel 1 über das Außenzahnrad auf den Kolben ausübt, so daß die innere Mantelfläche im Bereich der Verdichtungszone sowie die Kolbenflanken und die Verbrennungsräume in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, ausgebildet werden können. Für die Exzenterwelle steht ein Platz zur Verfügung, der kleiner ist, als der sechsfache Wert der Exzentrizität und ergibt somit die eineinhalbfache Wellenstärke gegenüber einer Kreiskolbenmaschine mit gleicher Exzentrizität. Die ungleichförmige Umlaufbewegung des Kolbens ist bei beiden Ausführungen gering, so daß keine nennenswerte Beeinträchtigung der bei Kreiskolbenmaschinen üblichen Drehzahlen entstehen dürfte. Unter Beibehaltung einer einfachen Bauweise sind bei den beiden vorgeschlagenen Maschinen alle Voraussetzungen, wie hohe Verdichtung, kompakte Verbrennungsräume und ausreichende Wellenstärke für die Anwendung eines einwandfreien Dieselverfahrens gegeben. Die Arbeitsweise inbezug auf die Arbeitsraumbildung und das Viertaktverfahren ist bei beiden Maschinen die gleiche wie bei der bekannten 2:3 übersetzten Kreiskolbenmaschine. Die erzielten Vorteile, wie kompakte VerbrennungE räume und größere Wellenstärken, dürften auch beim Otto-Verfahren genutzt werden können.Embodiment 2 The eccentric shaft is mounted centrally on an additional eccentric for the external gear, offset by 1800 to the eccentric of the piston is attached. The external gear is movably arranged on the eccentric and by a lever which is movably connected to the side part on one Rotational movement prevented. The focal points of the two eccentrics again have the same Distance from the center of the bearing, which means that the eccentric shaft rotates Swivel movement of the lever the same movement as in embodiment 1 via the external gear exerts on the piston, so that the inner circumferential surface in the area of the compression zone as well as the piston flanks and the combustion chambers in the same way as in the exemplary embodiment 1 described, can be formed. There is a place for the eccentric shaft available, which is smaller than six times the value of the eccentricity and results thus one and a half times the wave strength compared to a rotary piston machine with the same Eccentricity. The irregular orbital movement of the piston is common to both designs low, so that no significant impairment of rotary piston machines usual speeds are likely to arise. While maintaining a simple design are all the requirements for the two proposed machines, such as high compression, compact combustion chambers and sufficient wave strength for the application of a flawless diesel process. The way of working in relation to the creation of the working space and the four-stroke process is the same in both machines as in the known one Rotary piston machine with a ratio of 2: 3. The advantages achieved, such as compact combustion E. spaces and greater wave strengths should also be used in the Otto process can.

Es zeigen: Abb. 1 und 2 eine Maschine mit exzentrisch gelagerter Exzenterwelle nach Ausführungsbeispiel 1 Abb. 3 und 4 eine Maschine mit zentrisch gelagerter Exzenterwella nach Ausführungsbeispiel 2 Im einzelnen stellen dar: Abb. 1 eine Maschine mit exzentrisch gelagerter Exzenterwelle im Querschnitt und Kolbenstellung in oberer Totpunktlage Abb. 2 eine Exzenterstellung in Mittellage mit Kolbenstellung am Ende des Ansaugvorgangs Abb. 3 eine Maschine mit zentrisch gelagerter Exzenterwelle im Querschnitt und Kolbenstellung in oberer Totpunktlage Abb. 4 einen teilweisen Längsschnitt im Bereich eines Seitenteils Abb. 1 zeigt die Form des Mantels 1 mit dessen Innenfläche 2 und den Kolben 3 in Stellung der höchsten Verdichtung durch die obenliegende Kolben flanke 4 und eine angedeutete Kolbenstellung während des Kompressions-und Expansionsvorgangs. Die radiale Auswölbung der Innenfläche 2 erstreckt sich über die ganze Länge zwischen den Punkten 5 inform eines Kreisbogens mit dem Radius 20, wobei der Mittelpunkt der Auswölbung im Bereich der Eingriffstelle 21 des Außenzahnrades 12 mit dem Innenzahnrad 13 bei oberer Totpunktlage der Exzenter 18 liegt. Die Kolbenflanken 4 werden ebenfalls aus Kreisbogen gebildet mit dem kleinstmöglichen Abstand, zur Mantelfläche 2.They show: Fig. 1 and 2 a machine with an eccentrically mounted eccentric shaft according to embodiment 1 Fig. 3 and 4 a machine with a centrally mounted eccentric shaft according to embodiment 2 In detail: Fig. 1 shows a machine with eccentric eccentric shaft with bearings in cross section and piston position in top dead center position Fig. 2 an eccentric position in the middle position with the piston position at the end of the suction process Fig. 3 shows a machine with a centrally mounted eccentric shaft in cross section and piston position in top dead center position Fig. 4 is a partial longitudinal section in the area of a side part Fig. 1 shows the shape of the shell 1 with its inner surface 2 and the piston 3 in Position of the highest compression by the overhead piston flank 4 and one indicated piston position during the compression and expansion process. the radial bulge of the inner surface 2 extends over the entire length between the points 5 in the form of an arc of a circle with the radius 20, with the center the bulge in the area of the point of engagement 21 of the external gear 12 with the internal gear 13 is at the top dead center of the eccentric 18. The piston flanks 4 are also Formed from a circular arc with the smallest possible distance to the outer surface 2.

Die Verbrennungsräume 6 können in beliebiger Form und Lage in den Kolben flanken 4 zwischen zwei Exzenter 18 angeordnet werden. Die Ecken deg Kolbens 3 bewegen sich beim Umlauf auf der Kurvenlinie der inneren Mantelfläche 2. Die Exzenterwelle 7, mit den auf dieser befestigten Exzentern 18 ist über das Verbindungsteil 9, welches als Kurbel und Triebwelle wirksam ist, exzentrisch gelagert und bewegt sich beim Umlauf mit ihrem Schwerpunkt 11 ebenso wie die Exzenter 18 mit ihren Schwerpunkten 17 auf der Kreisbahn 1o gleichförmig um den Mittelpunkt 8 des Mantels 1 und des Verbindungsteils 9.The combustion chambers 6 can be in any shape and position in the Piston flanks 4 are arranged between two eccentrics 18. The corners of the piston 3 move on the curve line of the inner jacket surface 2. The eccentric shaft 7, with the eccentrics 18 attached to this, is via the connecting part 9, which acts as a crank and drive shaft, is eccentrically mounted and moves when Circulation with its focus 11 as well as the eccentric 18 with its focus 17 on the circular path 1o uniformly around the center 8 of the shell 1 and the Connecting part 9.

Das Außenzahnrad 12, welches in bekannter Weise mit dem Innenzahnrad 13 in Eingriff steht, ist auf der Exzenterwelle 7 beweglich, jedoch an einer -drehenden Bewegung gehindert angeordnet. Die Behinderung der Drehbewegung erfolgt durch ein mit dem Außenzahnrad 12 fest verbundenen Hebel 14, der mit einem Schlitz 15 versehen und einem am Seitenteil befestigten Zapfen 16 beweglich verbunden ist. Es besteht auch die Möglichkeit, den Schlitz 15 am Seitenteil und den Zapfen 16 am Hebel 14 anzuordnen.The external gear 12, which in a known manner with the internal gear 13 is in engagement, is movable on the eccentric shaft 7, but on a rotating one Movement hindered arranged. The obstruction of the rotary movement takes place through a Lever 14 firmly connected to external gear 12 and provided with a slot 15 and a pin 16 attached to the side part is movably connected. It exists also the possibility of the slot 15 on the side part and the pin 16 on the lever 14 to arrange.

Abb. 2 zeigt die Stellung des Kolbens 3 bei einer Drehung der Exzenter 18 um go0 gegenüber Abb. 1, wobei der Winkel 19 die größte Verschiebung einer Kolbenecke durch die ungleichförmige Umlaufbewegung gegenüber einer Kreiskolbenmaschine darstellt.Fig. 2 shows the position of the piston 3 when the eccentric rotates 18 by go0 compared to Fig. 1, the angle 19 being the largest displacement of a piston corner by the non-uniform orbital movement compared to a rotary piston machine.

Abb. 3 zeigt die zentrisch gelagerte Exzenterwelle 22, wobei die Form des Mantels 1 mit Innenfläche 2, sowie der Kolben 3 mit den Kolbenflanken 4 und die Verbrennungsräume 6 der beschriebenen Ausführung nach Abb. 1 entsprechen. Auf der Exzenterwelle 22 ist neben dem Exzenter 23 für den Kolben 3 ein zusätzlicher um 1800 versetzter Exzenter 24 für das Außenzahnrad 25 befestigt. Das Außenzahnrad 25, welches in bekannter Weise mit dem Innenzahnrad 26 in Eingriff steht, ist auf dem Exzenter 24 beweglich, jedoch an einer drehenden Bewegung gehindert angeordnet. Die Behinderung der Drehbewegung erfolgt durch einen mit dem Außenzahnrad 25 fest verbundenen Hebel 27, der mit einem Zapfen 28 versehen und in einer im Seitenteil 29 befindlichen Nut 3o beweglich verbunden ist. Der Schwerpunkt 31 des Exzenters 23 und der Schwerpunkt 32 des Exzenters 24 bewegen sich auf der Kreisbahn 33 gleichförmig um den Lagermittelpunkt 34.Fig. 3 shows the centrally mounted eccentric shaft 22, the shape of the shell 1 with inner surface 2, as well as the piston 3 with the piston flanks 4 and the combustion chambers 6 correspond to the embodiment described in FIG. 1. on the eccentric shaft 22 is an additional one in addition to the eccentric 23 for the piston 3 eccentric 24 offset by 1800 for the external gear 25 attached. The external gear 25, which is in engagement with the internal gear 26 in a known manner, is on the eccentric 24 movable, but arranged prevented from rotating. The rotational movement is hindered by a fixed with the external gear 25 connected lever 27, which is provided with a pin 28 and in one in the side part 29 located groove 3o is movably connected. The center of gravity 31 of the eccentric 23 and the center of gravity 32 of the eccentric 24 move uniformly on the circular path 33 around the bearing center point 34.

Abb. 4 zeigt einen teilweisen Längsschnitt im Bereich des Seitenteils 29 mit der in diesem angoeordneten Nut 30 für die Führung des Zapfens 28.Fig. 4 shows a partial longitudinal section in the area of the side part 29 with the groove 30 arranged therein for guiding the pin 28.

Claims

High-compression BLe rotary piston internal combustion engine, in particular with air compression with a fixed jacket, the inner surface of which is in cross-section is similar to a rotary piston machine with a two-arched epitrochoid that together delimit an interior space with side parts through which perpendicular to the side parts an eccentric shaft and a triangular piston rotatable on its eccentric is stored, the speed of which by a gear in a fixed ratio to The speed of the eccentric shaft is at which the inner surface of the jacket is in the area the zone near the axis has a radial bulge beyond the contour of the trochoid shape has, characterized in that the inner surface (2) in the area of compression.

zone, within the trochoid, a bulge between the points (5) inform of a circular arc.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the piston flanks (4) with the smallest possible distance, parallel to the inner surface (2) are formed between points (5).

3. B internal combustion engine according to claim 1 and 2, characterized in that that the compression is independent of the eccentricity.

4. Internal combustion engine according to claim 1 to 5, characterized in that that the combustion chambers (6) in any shape and position in the piston flanks (4) are arranged.

5. Internal combustion engine according to claim 1 to 4, characterized in that that the eccentric shaft (7) is mounted eccentrically.

r 6. Internal combustion engine according to claim 1 to 5, characterized in that that the external gear (12) on the eccentrically rotating eccentric shaft (7) one Swivel movement executes.

7. Internal combustion engine according to claim 1 to 4, characterized that the external gear (25) on the eccentric (24) when rotating the centrally mounted The eccentric shaft (22) performs a pivoting movement.

L e r s e i t e