DE3447321A1 - Improvement to the rotary engine (Wankel engine) - Google Patents

Improvement to the rotary engine (Wankel engine)

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Abstract

Improvement to the rotary engine (e.g. Wankel engine). The invention relates to compensation for the curved path by means of a control element (cam) which is provided on the crankshaft between two rotor bearings and which permits an elliptical rolling path without bending, by means of which a higher compression is obtained without varying the distance between centres of rotation; and in conjunction with this measure a warm air accumulator chamber is provided in the housing for a wall-distributing injection, the single hole injection nozzle being seated in the chamber in the direction of the chamber wall and injecting the fuel at a lower pressure than in the case of direct injection in the direction of the air rotation onto the annularly shaped surface of the chamber, a small proportion of the fuel atomised away from the main jet passing into the air and initiating the combustion. This measure creates improved combustion and hence considerably better engine power.

Description

Josef PAPPERT, 5000 Köln 1, Roonstr. 54Josef PAPPERT, 5000 Cologne 1, Roonstr. 54

"Verbesserung am Kreiskolbenmotor (Wankel-MotorU""Improvement on the rotary piston engine (Wankel engineU"

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung am Kreiskolben= motor, z.B. Wankelmotor.The invention relates to an improvement in the rotary piston engine, e.g. a Wankel engine.

Die bei diesen Motoren ovale Form der Kreisbahn des Kolbens ist durch einen Steuernocken, der auf der Kurbelwelle zwischen zwei Kolbenlagern vorgesehen ist, verändert. Der Steuernocken bewirkt eine Veränderung auf der kurzen Achse, =(Abstand vom Mittelpunkt zur engsten Stelle der Kurvenbahn), während die entgegengesetzte Steuerkurve ei= ne Veränderung der Gehäusegleitbahn in seiner langen Ach=The oval shape of the piston’s circular path in these engines is changed by a control cam, which is provided on the crankshaft between two piston bearings. The control cam causes a change on the short axis, = (distance from the center point to the narrowest point of the Cam path), while the opposite control cam ei = ne change in the housing sliding path in its long axis =

t se =(längster Abstand vom Mittelpunkt zur Gleitbahn. t se = (longest distance from the center point to the slideway.

Durch diese Steuerungsmaßnahme entsteht eine vollständige elipsenförmige Gleitbahn ohne Einknickung, womit eine höhere Verdichtung erreicht wird, ohne daß der exzentrisch Abstand, Mittelpunkt Gehäuse und Mittelpunkt Exzenter= nocke erhöht wird.This control measure creates a complete elliptical slideway without buckling, which means a higher compression is achieved without the eccentric Distance, center of housing and center of eccentric = cam is increased.

Im Zusammenhang mit dieser Maßnahme ist für die Verbren= nung eine Wärmeluftspeicherkammer vorgesehen, für eine wand νerteilende Einspritzung. Diese Gemischbildung wird durch eine Brennkammer im Gehäuse ermöglicht, die mit einer Kreisring- oder scheibenförmigen Keramik ausgeklei= det ist. Das -Kammervolumen beträgt etwa 65 bis 85% des gesamten Verbrennungsvolumens. In der Verdichtungsphase wird in der Verbindungsöffnung un in der Kolbenmulde ein Luftwirbel erzeugt, der während der Verbrennung erhalten bleibt. Die vorgesehene Einlochdüse sitzt in der Kammer und spritzt den Kraftstoff mit einem geringeren Druck als bei der direkten Einspritzung in Richtung der Luftdrehung auf die ringförmige Oberfläche. Der Luftwirbel unterstützt die Ausbreitung des Flüssigkeitsfilms auf der Wandung. Ein geringer Teil des Kraftstoffes sprüht vom Hauptstrahl weg und gelangt fein zerstäubt direkt in die Luft. Diese kleine Kraftstoffmenge zündet und setzt die Verbren= nung in Gang. Der Luftwirbel dämpft den Kraftstoff schicht^ weise von der Kammerwand ab. Der Kraftstoffdampf mischt sich mit der Luft und verbrennt rasch.In connection with this measure, a heat air storage chamber is provided for combustion, for one wall dividing injection. This mixture formation is made possible by a combustion chamber in the housing, which is lined with a circular ring or disk-shaped ceramic = det is. The chamber volume is approximately 65 to 85% of the total combustion volume. In the compression phase becomes in the connecting opening and in the piston recess Air vortex is generated which is retained during the combustion. The single-hole nozzle provided is located in the chamber and injects the fuel at a lower pressure than direct injection in the direction of air rotation on the annular surface. The air vortex supports the spread of the liquid film on the wall. A small part of the fuel sprays away from the main jet and reaches the air in a finely atomized form. This small amount of fuel ignites and starts burning in progress. The air vortex dampens the fuel in layers from the chamber wall. The fuel vapor mixes itself with the air and burns quickly.

Die leichteren heißen Verbrennungsgase werden durch die nach außen strebende frische Luft zur Mitte des Wirbels gedrängt, so daß zur Verbrennung stets genügend Sauerstoff zur Verfügung steht. Da der flüssige Kraftstoff auf der Kammerwandung relativ kühl bleibt, werden KrackreaktionenThe lighter, hot combustion gases are brought to the center of the vortex by the fresh air reaching out so that there is always enough oxygen available for combustion. Since the liquid fuel on the If the chamber wall remains relatively cool, cracking reactions occur

und damit Rußbildungen weitgehend vermieden. Der immer größer werdende Glutwirbel beschleunigt die Verdampfung und die Verbrennung ist kurzzeitig. Die Verbrennung und die Leistung sind damit erheblich verbessert. Bei Kraftstoffen mit großem Zündverzug entsteht keine uii = zulässig hohe Drucksteigerung. Dadurch eignet sie sich sehr gut für Vielstoffmotore.and thus largely avoided soot formation. Always larger swirls of embers accelerate evaporation and the combustion is brief. The burn and the performance are thus significantly improved. There is no uii = for fuels with a long ignition delay permissible high pressure increase. This makes it very suitable for multi-fuel engines.

Über die Schmierung ist zu sagen, daß die vorgesehene Steuerstange so ausgearbeitet ist, daß das im Kolbeninner η befindliche Öl, durch ein Filter kommend, zu den Dichtungs= flächen geleitet wird. Dies wird durch die rytmischen Be= wegungen der besagten Stange ermöglicht; beispielsweise wie eine bekannte Öldosierpumpe.Regarding the lubrication, it should be said that the control rod provided is worked out in such a way that the inside of the piston η Any oil that is present is passed through a filter to the sealing surfaces. This is indicated by the rytmic Be = allows movements of said rod; for example like a well-known oil metering pump.

Die Zeichnung veranschaulicht die Verbesserung in bei= spielsweiser Ausführung. Es zeigen:The drawing illustrates the improvement in an example implementation. Show it:

Fig.l eine Ansicht des Gehäuses mit alter und neuer Lauf= bahnführung,Fig.l is a view of the housing with old and new barrel = track guidance,

bis 5
Fig.2 einen Querschnitt des Gehäuses mit Drehkolbenuntil 5
2 shows a cross section of the housing with the rotary piston

in vier verschiedenen Stellungen, Fig>6 einen Querschnitt des Gehäuses mit Kolben und Laufbahnsteuerung,in four different positions, Fig> 6 shows a cross section of the housing with piston and Career control,

Fig.7 einen Kolbenteilausschnitt, Fig.8 und 9 ein Schaubild der Verbrennungsphase und Frischluftzuführung.7 shows a partial section of the piston, FIGS. 8 and 9 show a diagram of the combustion phase, and FIG Fresh air supply.

Die in Fig.l gezeigte Kolbenabbrollbahn la ist die üb= liehe, bei Kreislaufkolben (Wankel-Motor) bekannte Ab= rollbahn. Die Kurve 2a und 3a zeigt die neue Kreislauf= bahn. Sie wird erzielt durch ein Steuerorgan 4b, das man auch Nocken nennenkann, der auf der Kurbelwelle 4a zwischenThe piston rolling path la shown in Fig.l is the ub = borrowed, known from circulating pistons (Wankel engine) = taxiway. Curves 2a and 3a show the new cycle path. It is achieved by a control member 4b, which one can also call cams on the crankshaft 4a between

ί - zwei Kolbenlagern befestigt ist. Der Sterungsausschlag ί - two piston bearings are attached. The death rash

st2 des exzentrischen Nockens 4b erzeugt eine Veränderung auf der kurzen Achse (= Abstand vom Mittelpunkt zur engst Stelle der Kurvenbahn 2a) während der Steuerungsausschlag at3 eine Veränderung der Gleitbahn in seiner langen Achse (^längster Abstand vom Mittelpunkt zur Gleitbahn 3a be= wirkt. Durch diese Steuerungsmaßnahme entsteht eine aus= geglichene elipsenförmige Gleitbahn 2a, 3a, womit eine höhere Verdichtung erreicht wird, ohne daß der exzentr. Abstand e erhöht wird.st2 of the eccentric cam 4b produces a change on the short axis (= distance from the center to the narrowest Position of the cam path 2a) during the control deflection at3 a change in the sliding path in its long axis (^ the longest distance from the center point to the slide 3a causes. This control measure creates an from = equal elliptical slideway 2a, 3a, with which a higher compression is achieved without the eccentric. Distance e is increased.

Die Übertragung vom Nocken 4b zur Gleitbahn 2a, 3a er= folgt mittels Steuerstangen 3 und radial verschiebbaren Dichtungsstößel 1 auf schwenbare, ein- oder zweiteilge Dichtungsschwenkkörper 2. Die Sterstange 3 hat eine Gewin deverbindung mit dem Stößel 1. Der Kopf des Stösels ruhtThe transmission from the cam 4b to the slide 2a, 3a he = takes place by means of control rods 3 and radially displaceable Sealing tappet 1 on swiveling, one- or two-part sealing swivel body 2. The rod rod 3 has a thread Connection with the ram 1. The head of the ram rests

, gelenkig im Schiebestück 2, das mit einer oder mehreren , articulated in the sliding piece 2, with one or more

Abdichtungen 9 versehen ist. Sonderaufgabe der Stange 3 ist, eine geringe Schmierölmenge den Dichtungselementen zuzuführen. Für die Einstellung und Nachstellung der Steu erstange 1, 3 ist ein Zahnradpaar 4 vorgesehen, das über eine Vorrichtung 15 betätigt werden kann. Die Übertragung der Steuerung vom Nocken 4b auf die Steuerstange 1, 3 erfolgt durch Schwinghebel 5 und Zurückziehhebel mit Fliehkraftgewichte und Zugfeder. Die Stößel 1 haben eine L-förmige Gasabdichtung 8. Die Gleitstücke 2 haben eine oder zwei Gasabdichtungen 9, zweckmäßig aus Hartkohle. 11 = Dichtbolzen mit Feder. Die Steuerstange 3 ist mit Kolbenringen 12 versehen. Ohne Erhöhung der Werte R-e wird eine höhere Verdichtung erzielt. Zur Leistungssteigerung mit dieser höheren VerdichtungSeals 9 is provided. Special task of the bar 3 is to supply a small amount of lubricating oil to the sealing elements. For setting and adjusting the tax A gear pair 4, which can be actuated via a device 15, is provided for the first rod 1, 3. The transfer the control from the cam 4b to the control rod 1, 3 is carried out by rocker arm 5 and pull-back lever Centrifugal weights and tension spring. The plungers 1 have an L-shaped gas seal 8. The sliders 2 have a or two gas seals 9, expediently made of hard carbon. 11 = sealing bolt with spring. The control rod 3 is with Piston rings 12 provided. A higher compression is achieved without increasing the values of R-e. To increase performance with this higher compression

ist eine Wärmeluftkammer mit wandverteilender Einspritzung angeordnet. Die Gemischbildung erfolgt im Kreislauf in der mit Keramik ausgekleideten Brennkammer B des Gehäuses Bl. Das Kammervolumen beträgt etwa 65-85% des gesamten Brennraumvolumens. In der Verdichtungsphase wird in der Verbindungsöffnung und in der Kolbenmulde Al ein Luftwir= bei erzeugt (Fig.8 und 9), der während der Verbrennung erhalten bleibt. Die Einlochdüse K sitzt in der Kammer B und spritzt den Kraftstoff mit einem geringeren Druck als bei direkter Einspritzung in Richtung der Lufttrehung auf die ringförmige Oberfläche,(Fig.8 und 9). Der Luft= wirbel unterstützt die Ausbreitung des Flüssigkeitsfilms auf die Wandung. Ein geringer Anteil des Kraftstoffs sprüht vom Hauptstrahl weg und gelangt, fein zerstäubt, direkt in die Luft. Diese kleine Brennstoffmenge zündet und setzt die Verbrennung in Gang. Der Luftwirbel dampft den Kraftstoff schichtweise von der Kammerwand B ab. Der Kraftstoffdampf mischt sich mit der Luft und verbrennt rasch. Die leichteren heiße Verbrennungsgase werden durchis a warm air chamber with wall-distributing injection arranged. The mixture is formed in the circuit in the ceramic-lined combustion chamber B of the housing Bl. The chamber volume is around 65-85% of the total combustion chamber volume. In the compression phase, the Connection opening and in the piston recess Al an air flow = at generated (Fig. 8 and 9) during the combustion preserved. The single-hole nozzle K sits in the chamber B and injects the fuel with a lower pressure than with direct injection in the direction of the air rotation onto the annular surface, (Fig. 8 and 9). The air = vortex supports the spread of the liquid film on the wall. A small portion of the fuel sprays away from the main jet and arrives, finely atomized, straight into the air. This small amount of fuel ignites and starts the combustion. The air vortex evaporates the fuel in layers from the chamber wall B. Of the Fuel vapor mixes with the air and burns quickly. The lighter hot combustion gases are through

ι die nach außen strebende Frischluft zur Mitte des Wirbels ' gedrängt, so daß zur Verbrennung stets genügend Sauerstoff zur Verfügung steht.ι the fresh air striving to the outside towards the center of the vortex ' so that there is always enough oxygen available for combustion.

Da der flüssige Kraftstoff auf der Kammerwand B relativ kühl bleibt, werden Krackreaktionen und damit Rußbildungen weitgehend vermieden. Die Verbrennung beginnt zunächst langsam.Der immer größer werdende Glutwirbel beschleunigt die Verdampfung und die Verbrennung ist kurzfristig. Bei dieser Anordnung verlauft die VcrbrtMinung auch bei Kraftstoffen mit großem Zündverzug ohne unzulässighohe Drucksteigerung. Daher eignet sie sich sehr gut fürSince the liquid fuel on the chamber wall B remains relatively cool, cracking reactions and thus soot formation occur largely avoided. The combustion starts slowly at first, but the ever-growing vortex accelerates the evaporation and combustion are short term. With this arrangement, the reduction also takes place at Fuels with a long ignition delay without an unacceptably high pressure increase. Therefore, it is very suitable for

Vielstoffmotore.Multi-fuel engines.

Die Steuerstange 3 ist so gestaltet, daß das im Kolbenin= neren befindliche Öl, durch ein Filter kommend, zu den Dichtungsoberflächen 2 gelangen kann. Dies wird durch die rytmischen Bewegungen der besagten Stange ermöglicht (beispielsweise wie eine bekannte Öldosierpumpe.The control rod 3 is designed so that the piston in = Internal oil, coming through a filter, can reach the sealing surfaces 2. This is going through enables the rhythmic movements of the said rod (for example like a known oil metering pump.

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Claims (4)

Patentansprüche/Schutzansprüche:Patent claims / protection claims: ( 1 .Werbesserung am Kreiskolbenmotor (z.B. Wankelmotor), wobei der kreisende Kolben eine Laufbahn im Gehäuse hat, die bei der kurzen Ache der Laufbahn eingebogen ist und in der Längsachse genau zentrisch verläuft; und daß die Einspritzung im Direktstrahl erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Kreiskolben (2b) umfahrene Laufbahn durch ein Steuerorgan, Nocken (4b), der auf der Kurbelwelle (4a) zwischen zwei Kolbenlager vorgesehen ist, eine Veränderung hat, wobei drei Stößel (1), an deren äußeren Enden bewegliche Dichtungskörper (2) angeordnet sind, dem Steuernocken (4b) folgend, eine Veränderung der Laufbahn (2a) auf der kurzen Achse (=Ab= stand vom Mittelpunkt zur engsten Stelle (2a) der Kurven=,.(1st improvement on the rotary piston engine (e.g. Wankel engine), wherein the orbiting piston has a raceway in the housing that is bent at the short axis of the raceway is and runs exactly centrally in the longitudinal axis; and that the injection takes place in the direct jet, characterized in that the track circumnavigated by the rotary piston (2b) is controlled by a control element, cams (4b), which is provided on the crankshaft (4a) between two piston bearings, has a change, with three tappets (1), at the outer ends of which movable sealing bodies (2) are arranged, following the control cam (4b), a change in the track (2a) on the short axis (= Ab = stood from the center to the narrowest point (2a) of the curves = ,. bahn) bewirkt, während die entgegengesetzte Steuerkurve (1 (st3) des Steuernockens (4b) auf der langen Achse (= längster Abstand vom Mittelpunkt zur weitesten Stelle (3a) der Kurvenbahn) eine Veränderung (Ausweitung) bewirkt, so eine einknickfreie Laufbahn an der Stelle (2a) und eine Ausweitung an der Stelle (3a) erzeugend, zwecks einer höheren Verdichtung, ohne Veränderung des Drehpunktabstandes (e); und daß im Zusammenhang mit dieser Maßnahme eine Wärmeluftspeicherkammer (B) im Gehäuse (Bl) vorgesehen ist, für eine wand verteilen = .de Einspritzung, wobei die Einspritzdüse (K) in· der Kammer in Richtung Kammerwand sitzt und den Kraftstoff mit einem geringeren Druck als bei der Direkteinspritzung, in Richtung der Luftdrehung auf die ringförmig ausgebil*-^ dete Oberfläche spritzt, wobei ein geringer Teil des λ f"ä"VPYtrack), while the opposite control cam (1 (st3) of the control cam (4b) on the long axis (= longest distance from the center point to the furthest point (3a) of the cam track) causes a change (expansion), so a kink-free track on the Point (2a) and an expansion at point (3a) generating, for the purpose of higher compression, without changing the pivot point distance (e); and that in connection with this measure a heat-air storage chamber (B) is provided in the housing (B1) for a wall distribute = .de injection, whereby the injection nozzle (K) sits in the chamber in the direction of the chamber wall and injects the fuel at a lower pressure than with direct injection, in the direction of the air rotation, onto the ring-shaped surface, whereby a small part of the λ f "ä" VPY -<- 3A47321- <- 3A47321 "I · Kraftstoffes vom Hauptstrahl weg, zerstäubt in die Luft"I · Fuel away from the main jet, atomized into the air gelangt und die Verbrennung in Gang setzt.and the combustion starts. 2.Verbesserung am Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstange (3) mit einem Stößel (1) gewindemäßig in Verbindung steht, dessen Kugelkopf paßmäßig im Dichtungsgleitstü (2) ruht, und daß ein Räder paar (4) vorgesehen ist, womit über einen Schlüssel (15) die Ein- bzw. Nachstellung des Stößels vorgenommen wird.2. Improvement on the rotary piston engine according to claim 1, characterized characterized in that the control rod (3) is threadedly connected to a plunger (1), the ball head of which rests properly in the Dichtungsgleitstü (2), and that a pair of wheels (4) is provided, with which a key (15) the adjustment or readjustment of the plunger is carried out. 3. Verbesserung am Kreiskolbenmotor nach den Ansprüchen3. Improvement on the rotary piston engine according to the claims 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Wärmeluftkam mer gerichtete Einspritzdüse (K) den Kraftstoff so zur Wandung strahlt, daß er schichtweise von der Brennkammer= wand (B) abnehmbar ist.1 and 2, characterized in that the injection nozzle (K) directed towards the Wärmeluftkam mer the fuel so to Wall shines that it can be removed in layers from the combustion chamber = wall (B). 4.Verbesserung am Kreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bi4. Improvement on the rotary piston engine according to claims 1 bi ♦i 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstange (3) nebst♦ i 3, characterized in that the control rod (3) together with t Stößel (1) mittels Schwinghebel (5) und Zurückziehhebelt plunger (1) using rocker arm (5) and retraction lever nebst Rückholfeder vom Nocken (4b) bei Drehung der WeI= Ie (4a) nebst Kolben (2b), den Schwenkdichtungskörper (2) über die Zylinderlaufbahn (2a, 3a) führt.together with the return spring from the cam (4b) when turning the shaft = Ie (4a) together with piston (2b), the swivel seal body (2) leads over the cylinder liner (2a, 3a). S.Verbesserung am Kreiskolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitstück (2) entsprechende Abdichtung (9) hat, bestehend aus Hartkohle,S. improvement on the rotary piston engine according to claims 1 to 3, characterized in that the slider (2) has a corresponding seal (9), consisting of hard carbon, O.Verbesserung am Kreiskolbenmotor nach den AnsprüchenO. Improvement on the rotary piston engine according to the claims 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (B) des Gehäuses (Bl) mit Keramik ausgekleidet ist.1 to 5, characterized in that the combustion chamber (B) of the housing (Bl) is lined with ceramic. ,.;»ϊν,~3ϊϊώ ^-,.; »Ϊν, ~ 3ϊϊώ ^ -
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