DE3619612A1 - High compression internal axis rotary internal combustion engine - Google Patents

High compression internal axis rotary internal combustion engine

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Abstract

The proposed rotary internal combustion engine relates to such an engine with air compression on the two-stroke principle in a circular encapsulating body with uniformly rotating, centrally mounted shut-off section and eccentrically mounted, uniformly rotating paired piston power output sections, six working chambers with no dead-volume space being formed, into which, in contrast to the spark ignition and diesel principles, the fuel is injected directly into the continuous firing of a compact ignition space, which is traversed by the combustion spaces of the paired pistons, and combustion occurs without ignition lag over an angle of rotation of 60 DEG , quench areas and a swirling of all the air at any constant compression in the entire load and speed range creating the prerequisites for complete combustion with favourable consumption and exhaust emission values. The centrifugal forces cancel one another out so that additional balancing masses are not necessary. Six combustion processes occur during one revolution, which each take place in isolation without interruption with the same heat supply.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine innenachsige Kreiskolben- Brennkraftmaschine, mit Luftverdichtung und einem feststehenden Mantel, dessen Innenfläche zusammen mit Seitenteilen einen Innen­ raum begrenzen, in dem senkrecht zu den Seitenteilen eine Welle geführt ist auf der neben einem Absperrteil, Leistungsteile wirksam sind und diese die raumveränderlichen Volumina in vier, sechs oder mehr Einzelräume unterteilen.The invention relates to an inner-axis rotary piston Internal combustion engine, with air compression and a fixed Coat, the inner surface of which together with side panels an interior limit space in which a wave is perpendicular to the side parts is performed on the next to a shut-off part, power parts are effective and these are the space-changing volumes in four, divide six or more individual rooms.

Bei bekannten Maschinen ähnlicher Bauart, mit Hub- und Schlupf­ eingriff, sind zwei Paarschieber als Leistungsteile im außermittig drehendem Absperrteil angeordnet, wobei die innere Mantelfläche des Umschließungskörpers eine Trochoidenform hat. Diese Maschinen wurden bisher lediglich als Gebläse für Motoren oder als Luft­ verdichter verwendet.In known machines of a similar design, with lifting and slipping intervention, two pair slides are as power parts in the off-center rotating shut-off part arranged, the inner lateral surface of the Enclosing body has a trochoid shape. These machines have so far only been used as blowers for motors or as air compressor used.

Es wurde nun gefunden, daß bei mittig drehendem Absperrteil, die innere Mantelfläche des Umschließungskörpers eine Kreisform hat und die außermittig gleichförmig umlaufenden Leistungsteile kolbenförmig sind, wobei eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Hubeingriff und Vorteilen gegenüber bekannten Kreiskolben-Maschinen in Trochoidenbauweise sowie den herkömmlichen Hubkolben-Maschinen erreicht werden kann.It has now been found that when the shut-off part rotates in the center, the inner surface of the enclosing body has a circular shape and the eccentric, uniformly rotating power components are piston-shaped, with a two-stroke internal combustion engine Intervention and advantages over known rotary piston machines in trochoidal design and the conventional reciprocating piston machines can be reached.

Die Nachteile der bekannten Kreiskolben-Maschinen in Trochoiden­ bauweise sind vor allem die prinzipbedingten großen Verbrennungs­ räume über den Kolbenflanken die Ursache einer schlechten Ver­ brennung und hoher Schadstoffe in den Abgasen.The disadvantages of the known rotary piston machines in trochoids construction is primarily the principle-related large combustion clear the cause of bad ver combustion and high pollutants in the exhaust gases.

Bei Hubkolben-Motoren, vor allem beim Dieselmotor wird versucht, das Verfahren der Direkteinspritzung in Kolbenmulden mit Luftver­ wirbelung, wie es sich beim LKW-Motor bewährt hat, auch für kleinere Zylindereinheiten als verbrauchsgünstiger und schadstoffarmer PKW-Motor zu entwickeln.In the case of reciprocating piston engines, especially the diesel engine, attempts are being made to the process of direct injection in piston bowls with air ver Whirling, as it has proven itself in the truck engine, also for smaller ones Cylinder units as more economical and less polluting To develop car engine.

Bekannte Nachteile bei kleineren Zylindereinheiten wie verhält­ nismäßig große schädliche Räume und geringe Luftfüllung bei hohen Drehzahlen mit der Folge von ungünstigen Verbrennungs­ abläufen ergaben Schwierigkeiten, die das angestrebte Verfahren für PKW-Motoren in Frage stellen.Known disadvantages of how smaller cylinder units behave harmful rooms and low air filling high speeds with the consequence of unfavorable combustion Processes revealed difficulties that the desired process question for car engines.

Diese Nachteile werden bei der vorgeschlagenen Maschine dadurch beseitigt, daß die Kolbentrommel als Absperrteil mittig und die Paarkolben als Leistungsteile außermittig gelagert werden, sowie durch Änderung der Arbeitsverfahren gegenüber dem Otto- und Dieselverfahren, wodurch nachstehende Verbesserungen bei ver­ hältnismäßig einfacher Bauweise erreicht werden.These drawbacks are eliminated in the proposed machine eliminated that the piston drum as a shut-off part in the middle and the Pair pistons are stored off-center as power parts, as well by changing the working procedures compared to the Otto and Diesel process, whereby the following improvements in ver relatively simple design can be achieved.

Offene kompakte Verbrennungsräume, in die während der Verdichtung die gesamte Luft mit Verwirbelung einströmt, beliebig hohe Ver­ dichtung, ohne schädliche Räume, unabhängig von der Zündgrenze des Kraftstoffes, stetige direkte Einspritzung in einen stetig flammenden Zündraum bei gleicher Wärmezufuhr, Gleichdruckver­ brennung ohne Spitzendrücke, freie Frischluft- und Abgaswege im gesamten Last- und Drehzahlbereich.Open compact combustion chambers in which during compression all the air flows in with swirling, any height Ver seal, without harmful spaces, regardless of the ignition limit of fuel, steady direct injection into a steady flaming ignition chamber with the same heat supply, equal pressure ver combustion without peak pressures, free fresh air and exhaust gas paths in the entire load and speed range.

Die günstigste Auswirkung der Vorteile wird in der Ausführung mit sechs Arbeitsräumen erreicht, wobei während einem Wellenumlauf sechs Verbrennungen, die jede für sich abgeschlossen, ohne Unter­ brechung während einem Umlauf von 60° erfolgt.The most favorable effect of the advantages is in the execution with reached six work rooms, one during a wave orbit six burns, each completed individually, without sub refraction takes place during a rotation of 60 °.

Die Zeichnung sowie die Beschreibung sind daher auf eine Aus­ führung mit sechs Arbeitsräumen bezogen.The drawing and the description are therefore on an off guided tour with six work rooms.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellt darThe invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows

Abb. 1 einen Querschnitt durch die Maschine, gemäß Schnitt a-a, Fig. 1 shows a cross section through the machine, according to section aa ,

Abb. 2 einen Längsschnitt durch die Maschine. Fig. 2 shows a longitudinal section through the machine.

Das Gehäuse der Brennkraftmaschine besteht aus den beiden Seiten­ wänden 1 und dem dazwischen befindlichen Umschließungskörper 2, dessen innere Mantelfläche 3 kreisförmig ist mit dem Mittel­ punkt 4, in dem die Welle 5 in den Seitenteilen 1 gelagert ist. Auf der Welle 5 ist als Absperrteil die Kolbentrommel 6 fest angeordnet und besteht aus den beiden Seitenteilen 7 mit Aus­ schnitten 8 und den dreiseitigen Zwischenstegen 9, wodurch die Arbeitsräume 10 gebildet werden. In der Kolbentrommel 6 sind als Leistungsteil drei Paarkolben 11 mit seitlichen Gleitstücken 12 und muldenförmigen Verbrennungsräumen 13 angeordnet. In der Zeichnung ist lediglich ein Paarkolben 11 mit Verbindungsteilen 11′ in der Ausführungsform eingezeichnet, während die beiden anderen Kolbenpaare zwecks besserer Übersicht nur teilweise dargestellt sind. In den Seitenwänden 1 sind in kreisförmigen Aussparungen 24 Exzenter 14 mit dem Mittelpunkt 15 außermittig fest angebracht, auf denen Lager 16 zur Auflage der Gleitstücke 12 zwecks Ver­ ringerung der Gleitwiderstände vorgesehen sind. Im Umschließungs­ körper 2 ist neben dem Zündraum 17 die Einspritzdüse 18 sowie der Einlaßkanal 19 und der Auslaßkanal 20 angeordnet. In einer Seitenwand 1 ist ein Kanal 25 für die Zufuhr von Kühl- und Schmiermittel in der gegenüberliegenden Seitenwand 1 ein Kanal 26 für die Abfuhr vorgesehen, während in den Seitenteilen 7 der Kolbentrommel 6 ebenfalls Durchlässe 27 für das Kühl- und Schmier­ mittel angeordnet sind.The housing of the internal combustion engine consists of the two side walls 1 and the intermediate body 2 , the inner circumferential surface 3 is circular with the center point 4 , in which the shaft 5 is mounted in the side parts 1 . On the shaft 5 , the piston drum 6 is fixedly arranged as a shut-off part and consists of the two side parts 7 with cuts 8 and the three-sided intermediate webs 9 , whereby the working spaces 10 are formed. In the piston drum 6 , three pair pistons 11 with lateral sliding pieces 12 and trough-shaped combustion chambers 13 are arranged as the power part. In the drawing, only a pair of pistons 11 with connecting parts 11 'is shown in the embodiment, while the other two pairs of pistons are only partially shown for a better overview. In the side walls 1 24 eccentrics 14 with the center 15 are fixed off-center in circular recesses, on which bearings 16 are provided for supporting the sliders 12 for the purpose of reducing the sliding resistances. In the enclosure body 2 , the injection nozzle 18 and the inlet channel 19 and the outlet channel 20 are arranged in addition to the ignition chamber 17 . In a side wall 1 , a channel 25 for the supply of coolant and lubricant in the opposite side wall 1, a channel 26 is provided for removal, while in the side parts 7 of the piston drum 6 also passages 27 are arranged for the coolant and lubricant.

Die Wirkungsweise ist folgende:The mode of action is as follows:

Die Welle 5 mit der Kolbentrommel 6 als Absperrteil drehen gleichförmig um den gemeinsamen Mittelpunkt 4 des Umschließungs­ körpers 2 während die Paarkolben 11 als Leistungsteil zwangsläufig in der Kolbentrommel 6 über Exzenter 14 und auf diesen befindlichen Lagern 16 so geführt werden, daß die Raumveränderlichen Arbeits­ räume 10 entstehen. Die Paarkolben 11 laufen ebenfalls gleich­ förmig um, wobei deren Schwerpunkt auf dem Kreis 23 in bekannter Weise mit zweifacher Drehzahl der Welle 5 gleichförmig umläuft und die Mittellinie der Paarkolben 11 in jeder Lage linear durch den Mittelpunkt 4 verläuft. Bei drei Paarkolben 11 werden sechs Arbeitsräume 10 gebildet und in jedem ein vollständiges Zweitakt- Arbeitsverfahren während einem Wellenumlauf erreicht. Die Flieh­ kräfte heben sich gegenseitig auf, so daß zusätzliche Ausgleichs­ massen nicht erforderlich sind. Der Gasdruck auf die Paarkolben 11 wird über die Lager 16 und den Exzentern 14 aufgenommen, so daß die Lager der Welle 5 unbelastet sind. Die Kolbentrommel 6 kann als Schwungmasse genutzt werden.The shaft 5 with the piston drum 6 as a shut-off part rotate uniformly around the common center 4 of the enclosing body 2 while the pair of pistons 11 as a power part are inevitably guided in the piston drum 6 via eccentric 14 and bearings 16 located thereon such that the space-changing work spaces 10 arise. The pair of pistons 11 also run uniformly, with the center of gravity on the circle 23 rotating in a known manner at twice the speed of the shaft 5 and the center line of the pair of pistons 11 running linearly through the center point 4 in every position. With three pairs of pistons 11 , six working spaces 10 are formed and in each case a complete two-stroke working method is achieved during a shaft revolution. The centrifugal forces cancel each other out, so that additional balancing masses are not required. The gas pressure on the pair of pistons 11 is received via the bearings 16 and the eccentrics 14 , so that the bearings of the shaft 5 are unloaded. The piston drum 6 can be used as a flywheel.

Die Einfachheit der Bauweise ermöglicht die Verwendung gleicher Materialien gegebenenfalls aus Keramik oder keramikbeschichtet, wodurch kleinste Toleranzen zwischen den abzudichtenden Flächen möglich sind und durch umlaufendes Kühl- und Schmiermittel eine gleichmäßige Wärmeverteilung bei konstanten Toleranzen erreicht werden kann, so daß eine sogenannte Einpaßabdichtung ohne zusätz­ liche Dichtteile bei einem ausreichenden an jeder Stelle vor­ handenen Schmierfilm und stetig wechselndem Gasdruck eine ver­ schleißfreie Abdichtung erreicht werden kann. Die Zuführung des Schmier- und Kühlmittels erfolgt über den Kanal 25, und wird durch zentrifugale Einwirkung allen Schmierstellen und Dicht­ flächen zugeführt, während die Abführung über den Kanal 26 stattfindet.The simplicity of the design allows the use of the same materials, if necessary made of ceramic or ceramic-coated, which allows the smallest tolerances between the surfaces to be sealed and uniform cooling distribution with constant tolerances can be achieved by circulating coolant and lubricant, so that a so-called sealing without additional sealing parts With a sufficient lubricating film at every point and a constantly changing gas pressure, a wear-free seal can be achieved. The supply of the lubricant and coolant takes place via the channel 25 , and is supplied to all lubrication points and sealing surfaces by centrifugal action, while the removal takes place via the channel 26 .

Beim Anlassen der Maschine ist eine Starthilfe bei direkter Einspritzung von Dieselkraftstoff nicht erforderlich, da die Frischluftzufuhr erst nach erfolgter Zündung einsetzt und im Bereich des Zündraumes 17 nach einigen Umläufen die erforderliche Zündtemperatur erreicht wird. When starting the engine, a starting aid for direct injection of diesel fuel is not required, since the fresh air supply only starts after the ignition has taken place and the required ignition temperature is reached in the area of the ignition chamber 17 after a few rounds.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, durch Aufheizung oder eine Initialzündung im Bereich des Zündraumes 17 eine Start­ hilfe anzuordnen. Die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt stetig durch die Einspritzöffnung 18, wobeidie Verbrennung durch Quertschströmungen, die während der Verdichtung Luftwirbel in den Verbrennungsräumen 13 erzeugen, begünstigt wird. Der Zündraum 17 wird während der Überfahrung durch die Stege 9 der Kolbentrommel 6 überdeckt, ohne daß eine Unterbrechung der Verbrennung oder ein Druckverlust entstehen kann.However, it is also possible to arrange a starting aid by heating or an initial ignition in the area of the ignition space 17 . The fuel is injected continuously through the injection opening 18 , the combustion being promoted by transverse currents which produce air swirls in the combustion chambers 13 during compression. The ignition chamber 17 is covered during the passage by the webs 9 of the piston drum 6 without an interruption in the combustion or a loss of pressure.

Die Verbrennung erfolgt während einem Umlaufwinkel von 60° bei stetiger Verflammung ohne Zündverzug während der Überfahrung des Zündraumes 17, der zu den Verbrennungsräumen völlig offen ist, wobei auf engstem Raum neben jedem Kraftstoffteilchen das zur Verbrennung erforderliche Sauerstoffteilchen stetig zugeführt und bei Gleichdruckverbrennung sowie gleichmäßiger Wärmezufuhr, ohne Spitzendrücke, alle Voraussetzungen für eine vollständige Verbrennung erreicht und Schadstoffe schon bei der Verbrennung ohne zusätzliche Einrichtungen weitgehendst verhindert.The combustion takes place over a circumferential angle of 60 ° with constant flaming without ignition delay while moving over the ignition chamber 17 , which is completely open to the combustion chambers, the oxygen particles required for combustion being supplied continuously in a confined space next to each fuel particle and with constant pressure combustion and uniform heat supply, Without peak pressures, all prerequisites for complete combustion are achieved and pollutants are largely prevented during combustion without additional equipment.

Nach Abschluß der Verbrennung erfolgt während einem Umlaufwinkel von etwa 90° eine weitere Expansion, die beim Überfahren des Auslaßkanals 20 endet.After the completion of the combustion, a further expansion takes place over a rotation angle of approximately 90 °, which ends when the exhaust duct 20 is passed over.

Das Arbeitsverfahren ist unabhängig von der Zündgrenze des Kraft­ stoffes, so daß eine gleichhohe Verdichtung in einem wirtschaftlich günstigen Verhältnis im gesamten Last- und Drehzahlbereich bei magerem Gemisch ermöglicht wird und für Vielstoffbetrieb bei stetiger Verflammung geeignet ist.The working process is independent of the ignition limit of the force substance, so that an equally high compression in an economical favorable ratio in the entire load and speed range lean mixture is made possible and for multi-fuel operation constant flaming is suitable.

Der Gaswechsel erfolgt über die freien Frischluft- und Abgaswege, also über den Einlaßkanal 19 und den Auslaßkanal 20. The gas exchange takes place via the free fresh air and exhaust gas paths, that is to say via the inlet duct 19 and the outlet duct 20 .

Beim Überfahren des Auslaßkanals 20 durch einen Arbeitsraum 10 entsteht durch die plötzliche Entspannung der Abgase, die zwangs­ läufig durch das Abgasleitstück 21 und den jeweiligen Zwischen­ steg 9 über den Auslaßkanal 20 ausströmen eine Strömungsenergie die eine Sogwirkung erzeugt, wobei nach anschließender Über­ fahrung des Einlaßkanals 19 Frischluft in die Arbeitsräume 10 mit spülender Wirkung einströmt.When driving over the outlet channel 20 through a working space 10 arises from the sudden relaxation of the exhaust gases, which inevitably flow out through the exhaust gas guide piece 21 and the respective intermediate web 9 through the outlet channel 20, a flow energy which generates a suction effect, with subsequent passage of the inlet channel 19 Fresh air flows into the workrooms 10 with a flushing effect.

Es besteht auch die Möglichkeit die Strömungsenergie der Abgase zum Antrieb für ein Flügelgebläse 22, wie in Abb. 1 eingezeichnet, zur besseren Füllung der Arbeitsräume 10 zu nutzen, oder durch einen zusätzlichen Lader eine Aufladung zu erreichen.There is also the possibility of using the flow energy of the exhaust gases to drive a wing blower 22 , as shown in FIG. 1, for better filling of the working spaces 10 , or to achieve supercharging by means of an additional supercharger.

Die Drehmomentabgabe eines Arbeitsraumes 10 erfolgt während einem Umlaufwinkel von etwa 130°, so daß eine stetig wechselnde Überschneidung zweier Arbeitsräume 10 stattfindet.The torque output of a working space 10 takes place during a rotation angle of approximately 130 °, so that a constantly changing overlap of two working spaces 10 takes place.

Claims (6)

1. Hochverdichtende innenachsige Kreiskolben-Brennkraftmaschine, mit Luftverdichtung und einem feststehenden Mantel, dessen Innen­ fläche zusammen mit Seitenteilen einen Innenraum begrenzen, in dem senkrecht zu den Seitenteilen eine Welle geführt ist, auf der neben einem Absperrteil Leistungsteile wirksam sind, und diese die raumveränderlichen Volumina in vier, sechs oder mehr Arbeitsräume unterteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die als Absperrteil wirksame Kolbentrommel (6) im kreisförmigen Umschließungskörper (2) auf der mittig gelagerten Welle (5) befestigt ist, und als Leistungs­ teile linear wirksame Paarkolben (11) außermittig über die in den Seitenwänden (1) befestigten Exzenter (14) und auf diesen umlaufenden Lagern (16) mittels Gleitstücken (12) geführt werden, wobei Arbeitsräume (10) ohne schädlichem Raum gebildet werden.1.High-compression internal-axis rotary piston internal combustion engine, with air compression and a fixed casing, the inner surface of which together with side parts delimit an interior in which a shaft is guided perpendicularly to the side parts, on which power parts are effective in addition to a shut-off part, and these the space-changing volumes divide into four, six or more working spaces, characterized in that the piston drum ( 6 ), which acts as a shut-off part, is fastened in the circular enclosing body ( 2 ) on the shaft ( 5 ) mounted in the center, and as power parts, linearly effective pair pistons ( 11 ) eccentrically the eccentrics ( 14 ) fastened in the side walls ( 1 ) and on these bearings ( 16 ) rotating around them are guided by means of sliding pieces ( 12 ), working spaces ( 10 ) being formed without any harmful space. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung stetig und direkt über eine Einspritz­ öffnung (18) in einen Zündraum (17) und Verbrennungsräume (13) der überfahrenden Arbeitsräume (10) erfolgt.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the fuel injection takes place continuously and directly via an injection opening ( 18 ) in an ignition chamber ( 17 ) and combustion chambers ( 13 ) of the traversing working spaces ( 10 ). 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei sechs Arbeitsräumen (10) jede Verbrennung für sich abge­ schlossen beim Überfahren des Zündraumes (17) ohne Unterbrechung erfolgt.3. Internal combustion engine according to claim 1 and 2, characterized in that in six work rooms ( 10 ) each combustion is closed for itself when crossing the ignition chamber ( 17 ) without interruption. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung der Kolbentrommel (6) und die Abdichtung der Paarkolben (11) in den Arbeitsräumen (10) bei kleinstmöglichen unveränderlichen Abständen zu den Gegenflächen durch einen an jeder Stelle vorhandenen Schmierfilm erfolgt. 4. Internal combustion engine according to claim 1 to 3, characterized in that the sealing of the piston drum ( 6 ) and the sealing of the pair of pistons ( 11 ) in the work spaces ( 10 ) is carried out with the smallest possible constant distances to the counter surfaces by an existing lubricant film at every point. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaswechsel in den Arbeitsräumen (10) während der Überfahrung des Auslaßkanals (20) und des Einlaßkanals (19) erfolgt, wobei die Abgase zwangsläufig durch das Abgasleitstück (21) über den Auslaßkanal (20) ausströmen und eine Sogwirkung erzeugt wird, durch die nach Überfahren des Einlaßkanals (19) Frischluft in die Arbeitsräume (10) einströmt.5. Internal combustion engine according to claim 1 to 4, characterized in that the gas exchange in the work spaces ( 10 ) takes place during the passage of the outlet channel ( 20 ) and the inlet channel ( 19 ), the exhaust gases inevitably through the exhaust guide ( 21 ) via the outlet channel ( 20 ) flow out and a suction effect is generated, through which fresh air flows into the work spaces ( 10 ) after passing over the inlet channel ( 19 ). 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein abgasgetriebenes Flügelgebläse (22) zusätzliche Frischluft den Arbeitsräumen (10) zugeführt wird.6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that additional fresh air is supplied to the work spaces ( 10 ) by an exhaust gas-driven fan ( 22 ).
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