DE3825481A1

DE3825481A1 - ROTARY PISTON MACHINE

Info

Publication number: DE3825481A1
Application number: DE3825481A
Authority: DE
Inventors: Peter Prof Dr Hofbauer; Klaus Dr Heikrodt; Herbert Schneider
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1990-02-01
Also published as: GB8915644D0; FR2634820A1; IT1231632B; IT8948165A0; GB2221258A

Abstract

A rotary piston machine has an inner rotor 3 and an outer rotor 2 defining working chambers 11 at least one of whose axially positioned air outlet ports 7, 8 is adjustable by a respective circular segmental slide valve 18 or 19. The filling of the chambers 11 is controlled by valve 18, which determines the instant of closing of inlet port 7, and/or the delivery pressure is controlled by valve 19, which determines the instant of initial opening of outlet port 8. The valves 18, 19 are actuated via pinions (23, Fig. 4) each driven by its own electric motor or via levers, cables or the like. The rotary piston machine may be used in an I.C. engine air intake passage, when it is driven by the engine to supply charge thereto in normal operation and, during idling or part-load operation of the engine, the rotary piston machine extracts energy from the air expanding therethrough and drives the engine. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1.The invention relates to a rotary piston machine according to the preamble of Pa claim 1.

Eine derartige Rotationskolbenmaschine ist aus der EP-A1 01 67 846 bekannt und weist dort eine Vorrichtung zur Steuerung der Fördermenge und/oder des Förder druckes auf, mit der der Zeitpunkt des Zuströmens und damit die Größe der Fülllung und/oder der Zeitpunkt des Abströmens und damit die Druckhöhe des Überschubes in die Druckleitung verändert werden kann.Such a rotary piston machine is known from EP-A1 01 67 846 and there has a device for controlling the delivery rate and / or the delivery pressure with which the time of inflow and thus the size of the filling and / or the time of the outflow and thus the pressure level of the transfer in the pressure line can be changed.

Hierfür weist die Rotationskolbenmaschine verstellbare Wandstücke auf, mit der die radiale Wandung, an der sich der Außenläufer entlang bewegt, verkürzt oder verlängert werden kann, wodurch der radial in die Förderkammern einmündende Einlaß- und Aus laßbereich gesteuert werden kann.For this purpose, the rotary piston machine has adjustable wall pieces with which the radial wall along which the outer rotor moves, shortens or lengthens can be, whereby the radially opening into the delivery chambers inlet and out range can be controlled.

Bei dieser Rotationskolbenmaschine besteht zwischen Außenläufer und den Außenläufer umschlingender Gehäusewandung ein nicht unerheblicher Betriebsspalt, der durch die Aussparungen des Außenläufers auf nur kurzer Länge abdichtet, durch den Einlaß- und Auslaßbereich kurzgeschlossen sind. Hieraus resultiert eine Begrenzung der erreichba ren Enddruckhöhe (Saug und Druck) und der Fördermenge sowie Verlustleistung.In this rotary piston machine there is between the external rotor and the external rotor wrapping around the housing wall a not inconsiderable operating gap, which by the Seals recesses of the outer rotor on only a short length, through the inlet and Outlet area are short-circuited. This results in a limitation of the reachable final pressure level (suction and pressure) and the flow rate as well as power loss.

Darüber hinaus weist die Rotationskolbenmaschine den Nachteil auf, daß die Wand stücke keine kontinuierliche Steuerung ermöglichen und die Verstellung der Wandstücke selbst nur mit hohem mechanischen Aufwand möglich ist.In addition, the rotary piston machine has the disadvantage that the wall pieces do not allow continuous control and the adjustment of the wall pieces is only possible with high mechanical effort.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolbenma schine der angegebenen Art derart zu gestalten, daß die Betriebsspaltlänge minimal ausgeführt und auf gleichbleibender Spaltlänge gehalten wird, wobei eine kontinuier liche Steuerung der Füllung und Druckhöhe erreichbar sein soll.Proceeding from this, the object of the invention is a rotary piston to design the machine of the type specified in such a way that the operating gap length is minimal executed and kept at a constant gap length, with a continuous control of the filling and pressure level should be achievable.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merk male gelöst. Weiterbildende Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge nannt.This object is through the Merk specified in the characterizing part of the claim times solved. Further features of the invention are in the subclaims called.

Mit der Erfindung ist der Einsatz der Rotationskolbenmaschine als Lader einer Brenn kraftmaschine möglich geworden, wobei, sofern es sich um eine fremdgezündete Brennkraftmaschine handelt, diese im Drosselbetrieb als Gasmotor mit Leistungsrück gewinn betrieben werden kann.
With the invention, the use of the rotary piston engine as a loader of an internal combustion engine has become possible, which, if it is a spark-ignited internal combustion engine, can be operated in throttle mode as a gas engine with power recovery.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nach folgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is according to described below. The drawing shows:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine, Fig. 1 is a side view of the rotary piston machine according to the invention,

Fig. 2 einen Schnitt A-A der Fig. 1, Fig. 2 shows a section AA of Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt B-B der Fig. 1, Fig. 3 is a section BB of Fig. 1,

Fig. 4 einen Gehäusedeckel. Fig. 4 shows a housing cover.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine 1 in einer Seitenansicht, aus der gestrichelt Konturen eines Außenläufers 2 und exzentrisch zu diesem eines Innenläufers 3 entnehmbar sind, die beide drehbar in einem Gehäuse 4 gelagert sind. Der Seitenansicht sind zwei Luftstutzen 5, 6 entnehmbar, von denen einer zu einem Einlaßbreich 7 und der andere zu einem Auslaßbereich 8 führt. Profilzähne 9 und Zahnlücken 10 der Läufer 2, 3 bilden Förderkammern 11, die unter Volumenänderung vom Einlaß- zum Auslaßbereich 7, 8 wandern (Pfeilrichtung). Fig. 1 shows a rotary piston machine 1 according to the invention in a side view, from the dashed contours of an outer rotor 2 and eccentrically to this an inner rotor 3 can be removed, both of which are rotatably mounted in a housing 4 . The side view shows two air sockets 5 , 6 , one of which leads to an inlet area 7 and the other to an outlet area 8 . Profile teeth 9 and tooth gaps 10 of the runners 2 , 3 form conveying chambers 11 , which move with a change in volume from the inlet to the outlet region 7 , 8 (arrow direction).

Fig. 2 zeigt einen Schnitt A-A durch die Rotationskolbenmaschine 1 nach Fig. 1, aus dem der Innenläufer 3, der Außenläufer 2, Teile eines Synchrongetriebes 12, das Ge häuse 4, ein Gehäusedeckel 13 und ein die Luftstutzen 5, 6 aufweisender Deckel 14 er sichtlich sind. Der Deckel 14 deckt eine Ringnut 15 des Gehäusedeckels 13 ab, die auch in Fig. 1 sichtbar ist, und zwar mit Vollinie in den Luftstutzen 5, 6 und gestri chelt im übrigen Bereich. Fig. 2 shows a section AA through the rotary piston machine 1 of FIG. 1, from which the inner rotor 3 , the outer rotor 2 , parts of a synchronous gear 12 , the Ge housing 4 , a housing cover 13 and an air connector 5 , 6 having cover 14 he are visible. The cover 14 covers an annular groove 15 of the housing cover 13 , which is also visible in Fig. 1, with a solid line in the air nozzle 5 , 6 and stripes in the rest of the area.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt B-B durch die Rotationskolbenmaschine nach Fig. 1, wodurch eine Axialwand 16 des Außenläufers 2 sichtbar ist, in der für jede Förderkammer 11 eine Öffnung 17 angeordnet ist. FIG. 3 shows a section BB through the rotary piston machine according to FIG. 1, whereby an axial wall 16 of the external rotor 2 is visible, in which an opening 17 is arranged for each delivery chamber 11 .

Fig. 4 zeigt den Gehäusedeckel 13 ohne den die Luftstutzen aufweisenden Deckel 14, wodurch jeweils dem Einlaß- und Auslaßbereich 7 und 8 zugeordnete Ring-Flachschie bersegmente 18, 19 sichtbar sind, die verschieblich in der Ringnut 15 angeordnet und durch ein Getriebe 20 in den Einlaß- und Auslaßbereich 7, 8 eingeschoben werden kön nen, womit jeweils eine den Einlaß- und Auslaßbereich 7, 8 begrenzende Öffnung 21, 22 querschnittsmäßig veränderbar ist. Das Getriebe 20 ist beim Ausführungsbeispiel durch Ritzel 23 und Verzahnung 24 oder Segmente 18, 19 gebildet, wobei das Ritzel 25 durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben werden kann. Es sind auch andere Verstelleinrichtungen, Hebel, Zug usw. einsetzbar. Die Öffnungen 21, 22 und Steuerkanten 25, 26 der Ring-Flachschiebersegmente 18, 19 sind auch in Fig. 1 im Be reich der Luftstutzen sichtbar. (Bezugszahlen in ()). Fig. 4 shows the housing cover 13 without the cover 14 having the air nozzle, whereby the inlet and outlet areas 7 and 8 associated ring flat slide bersegmente 18 , 19 are visible, which are arranged displaceably in the annular groove 15 and by a gear 20 in the Inlet and outlet area 7 , 8 can be inserted, whereby each of the inlet and outlet area 7 , 8 delimiting opening 21 , 22 can be changed in cross section. The transmission 20 is formed in the embodiment by pinion 23 and teeth 24 or segments 18 , 19 , wherein the pinion 25 can be driven by an electric motor, not shown. Other adjustment devices, levers, trains, etc. can also be used. The openings 21 , 22 and control edges 25 , 26 of the ring flat slide segments 18 , 19 are also visible in FIG. 1 in the area of the air socket. (Reference numbers in ()).

Die in den Figuren der Zeichnungen dargestellte Rotationskolbenmaschine eignet sich für den Einsatz als Lader einer Brennkraftmaschine. Insbesondere, wenn es sich um ei nen Ottomotor handelt, sind mit der Rotationskolbenmaschine Vorteile erreichbar, die anhand einer Funktionsbeschreibung deutlich werden.The rotary piston machine shown in the figures of the drawings is suitable for use as an internal combustion engine charger. Especially when it comes to egg With a rotary piston machine, advantages can be achieved that become clear from a functional description.

function

Die Rotationskolbenmaschine 1 ist mit ihren Luftstutzen 5, 6 in die Luftansaugleitung einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingesetzt und wird von der Brennkraft maschine über beispielsweise einen Zahnriemen angetrieben, entweder der Innen- oder der Außenläufer, so daß Luft über die wandernden Förderkammern 11 vom Einlaßbe reich 7 zum Auslaßbereich 8 gefördert wird.The rotary piston machine 1 is used with its air nozzle 5 , 6 in the air intake line of an internal combustion engine, not shown, and is driven by the internal combustion engine via, for example, a toothed belt, either the inner or the outer rotor, so that air is rich in the traveling delivery chambers 11 from the inlet 7th is promoted to the outlet area 8 .

Der Leerlauf- und Teillastbetrieb eines Ottomotors wird durch Drosselung der Luftzu fuhr gesteuert, weshalb sogenannte Drosselverluste auftreten, die den Motorwirkungs grad bzw. die Motorwirtschaftlichkeit herabsetzen.The idling and partial load operation of a gasoline engine is reduced by throttling the air drove controlled, which is why so-called throttle losses occur that affect the engine degrees or reduce engine economy.

Es ist bekannt, daß diese Drosselverluste teilweise dadurch kompensiert werden kön nen, daß der Lader in diesen Betriebsbereichen als Gasmotor, d.h. im Expansionsbe trieb, betrieben wird. Hierfür ist es notwendig, das Luft mit höherem Druck ansaug seitig in die Förderkammern einströmt als druckseitig herausströmt.It is known that these throttle losses can be partially compensated for that the charger in these operating areas is a gas engine, i.e. in the expansion area drove, is operated. For this it is necessary to suck in the air with higher pressure flows into the delivery chambers on the side than flows out on the pressure side.

Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine weist hierfür im Einlaßbereich 7 das Ring-Flachschiebersegment 18 auf, das in der Ringnut 15 durch das Getriebe 20 ver stellt werden kann und dabei die im Gehäusedeckel 13 bestehende Öffnung 21, die mit den Öffnungen 17 aus der Axialwand 16 des Außenläufers 2 in Überdeckung kommt, querschnittsmäßig verändert.The rotary piston machine according to the invention for this purpose in the inlet area 7, the ring flat slide segment 18 , which can be ver in the annular groove 15 through the gear 20 and thereby the existing in the housing cover 13 opening 21 , with the openings 17 from the axial wall 16 of the outer rotor 2nd comes into overlap, changed in cross-section.

Die Veränderung erfolgt in dem Sinne, daß das Segment 18 mit steigender Motorlast bzw. steigendem Luftdurchsatz in Drehrichtung verstellt wird, wodurch der Abschluß des Ansaugens in bezug auf die sich vergrößernden Förderkammern 11 später erfolgt.The change takes place in the sense that the segment 18 is adjusted in the direction of rotation with increasing engine load or increasing air throughput, as a result of which the completion of the suction in relation to the enlarging delivery chambers 11 takes place later.

Im Teillastbetrieb, also bei kleinem Luftdurchsatz, erfolgt der Abschluß des Ansaugens sehr früh, die Luft expandiert in den abgeschlossenen Förderkammern 11 unter Lei stungsabgabe an die Läufer 2, 3 und über den Zahnriemen an die Brennkraftmaschine.In part-load operation, that is to say with a small air throughput, the completion of the suction takes place very early, the air expands in the closed delivery chambers 11 with the delivery of power to the rotor 2 , 3 and via the toothed belt to the internal combustion engine.

Um ein frühzeitiges Durchschlagen des auf der Druckseite der Ansaugleitung befindli chen Druckes in die sich volumenmäßig verringernde Förderkammer 11 verhindern zu können bzw. zur Steuerung der in den Förderkammern 11 erfolgenden Verdichtung bis auf den Druck der Druckseite der Ansaugleitung im Teil- und Vollastbetrieb der Brenn kraftmaschine weist die Rotationskolbenmaschine im Auslaßbereich 8 das Ring-Flach schiebersegment 19 auf, das durch das Getriebe 20 verstellt werden kann und den Zeitpunkt des Beginns des Ausströmens durch querschnittsmäßiges Verändern der Öff nung 22 auf der Auslaßseite 8 bestimmt.In order to prevent premature through of the on the pressure side of the suction duct befindli chen pressure in which in terms of volume decreasing feed chamber 11 and to the pressure of the pressure side of the suction pipe in the partial and full-load operation of the internal combustion engine for the control of the engagement in the feed chambers 11 compression has the rotary piston machine in the outlet region 8, the ring-flat slide segment 19 , which can be adjusted by the transmission 20 and the time of the start of the outflow by cross-sectionally changing the opening 22 on the outlet side 8 determined.

Hierdurch ergeben sich die Vorteile, daß die Maschine nicht unter den Bedingungen des auf der Druckseite der Ansaugleitung herrschenden Druckes fördern muß und daß Ge räusche verursacht durch Druckschwingungen vermieden werden.This has the advantages that the machine is not under the conditions of must promote prevailing pressure on the pressure side of the suction line and that Ge Noises caused by pressure vibrations can be avoided.

Der neue Aufbau der Rotationskolbenmaschine vermindert die Leckage zwischen Ein laß- und Auslaßbereich 7, 8 durch Minimierung des Betriebsspaltes zwischen den radia len Wänden des Gehäuses 4 und des Außenläufers 16, was möglich wurde durch die Verlagerung der Öffnungen 17 in die Axialwand 16 des Außenläufers 2. Hierdurch kann eine steife Außenläuferkonstruktion erfolgen, die gegen Fliehkraftverformungen stand hält. Der Betriebsspalt kann daher geringer als bei bekannten Maschinen ausgeführt werden und weist dabei immer eine gleichbleibende Länge auf.The new structure of the rotary piston machine reduces the leakage between an inlet and outlet area 7 , 8 by minimizing the operating gap between the radial walls of the housing 4 and the outer rotor 16 , which was made possible by the displacement of the openings 17 in the axial wall 16 of the outer rotor 2nd . This allows for a rigid outer rotor construction that can withstand centrifugal deformation. The operating gap can therefore be made smaller than in known machines and always has a constant length.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das Ausführungsbeispiel, sondern umfaßt Ausführungen, bei denen nur einlaß- oder auslaßseitig Ring-Flachschiebersegmente vor gesehen sind und auch Ausführungen, bei denen in jedem der beiden Gehäusedeckel Öffnungen und Segmente vorgesehen sind, als auch eine Variante, bei der der Einlaß durch einen Gehäusedeckel und der Auslaß durch den anderen Gehäusedeckel erfolgt.The invention is not limited to the exemplary embodiment, but encompasses it Versions in which ring flat slide segments only exist on the inlet or outlet side are seen and also versions in which in each of the two housing covers Openings and segments are provided, as well as a variant in which the inlet through one housing cover and the outlet through the other housing cover.

Vorteilhafterweise kann zwischen Gehäusedeckelwand und Axialwand des Außenläufers ein Dichtelement - nicht dargestellt - eingesetzt sein, daß in Nuten des Gehäusedeckels 13 angeordnet ist und den Einlaßbereich 7 gegen den Auslaßbereich 8 abdichtet.Advantageously, a sealing element - not shown - can be inserted between the housing cover wall and the axial wall of the outer rotor, which is arranged in grooves in the housing cover 13 and seals the inlet area 7 against the outlet area 8 .

Es kann vorteilhaft sein, daß die Öffnungen des Gehäusedeckels 13 aus einer Vielzahl von Kanälen im Einlaß- oder Auslaßbereich 7, 8 gebildet werden, womit der Leckspalt zwischen den Ring-Flachschiebersegmenten und der Axialwand des Außenläufers im Bereich der Öffnung, der zwischen den letzten verschlossenen und der noch offenen Förderkammer besteht, verringert werden kann.It may be advantageous for the openings of the housing cover 13 to be formed from a multiplicity of channels in the inlet or outlet region 7 , 8 , as a result of which the leakage gap between the ring flat slide segments and the axial wall of the outer rotor in the region of the opening, which is closed between the last and the still open delivery chamber can be reduced.

Claims

1. Rotary piston machine with internal and external rotor, the profile teeth and tooth gap delivery chambers form the wan from an inlet to an outlet area, the filling of the delivery chambers and / or the outlet pressure by changeable completion of the suction and / or changeable start of the discharge are controllable, characterized in that
that the external rotor ( 2 ) has openings ( 17 ) for each delivery chamber ( 11 ) in one or both axial walls ( 16 ),
that openings ( 21 , 22 ) are arranged in one or both axial housing covers ( 13 ) and delimit the inlet and outlet areas ( 7 and 8 ),
that the inlet and / or outlet area ( 7 and 8 ) delimiting openings ( 21 , 22 ) through a slidably arranged in an annular groove ( 15 ) ring flat slide segment ( 18 , 19 ) are variable in cross section and
that the ring flat slide segment is adjusted by a gear or lever device ( 20 ).

2. Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the inlet region ( 7 ) delimiting opening ( 21 ) in one housing cover and the outlet region ( 8 ) delimiting opening ( 22 ) are arranged in the other housing cover.

3. Rotary piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the inlet and outlet region ( 7 and 8 ) delimiting openings ( 21 , 22 ) are formed by a plurality of channels.

4. Rotary piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that between the axial wall of the outer rotor and the housing cover wall, a sealing element is used, which is held in a groove in the housing cover and seals the inlet area ( 7 ) against the outlet area ( 8 ).