DE3907307A1

DE3907307A1 - Rotary centrifugal-piston engine, particularly a combustion engine

Info

Publication number: DE3907307A1
Application number: DE19893907307
Authority: DE
Inventors: Walter A Dr Frank
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1989-03-07
Publication date: 1990-09-13

Abstract

The invention relates to a rotary centrifugal-piston engine, particularly a combustion engine, with at least two cylinders and pistons that can be moved reciprocally therein, combustion-air inlet valves or ports and exhaust outlet valves or ports, each pair of cylinders being arranged on the same longitudinal axis, in which the cylinders are provided in mutually opposed arrangement and with their respective piston feet oriented radially outwards, in a disc-shaped round rotating body, through the centre of which the common longitudinal axis of the cylinder runs, the inlet and outlet valves or ports being provided in the region of the cylinder head, on the hub of the rotating body, and the piston feet of both cylinders being guided, optionally by means of running wheels, on an elliptical bearing track in the motor housing, the difference between the minor and major diameter of the said ellipse corresponding to the piston stroke of the cylinders. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Fliehkolben-Rotationsmotor, insbesondere Verbrennungsmotor mit mindestens zwei Zylindern und darin reziprok bewegbaren Kolben, Verbrennungsluft- Einlaßventilen bzw. - Kanälen und Abgas-Auslaßventilen bzw. - Kanälen, wobei jeweils zwei Zylinder in ein und derselben Längsachse angeordnet sind.The invention relates to a centrifugal piston rotary motor, especially internal combustion engine with at least two cylinders and reciprocally movable pistons, combustion air Inlet valves or channels and exhaust gas outlet valves or Channels, with two cylinders in one and the same Longitudinal axis are arranged.

Nachteile herkömmlicher Kolbenmotoren sind vor allem Reibungsverluste bei der Übertragung der Auf-Ab-Bewegung der Kolben auf die Kurbelwelle. Das führte zu vielfachen Versuchen, die Verbrennungsenergie direkt in Drehbewegung zu überführen; der erfolgreichste bisher, der WANKEL-Motor, brachte allerdings erhebliche Nachteile, so daß er sich nicht allgemein durchsetzen konnte. Hauptproblem bei Drehkolben motoren ist die Abdichtung der Arbeitskammern gegeneinander, während herkömmliche Zylinder-Motoren in dieser Hinsicht optimal entwickelt sind.The main drawbacks of conventional piston engines are Loss of friction in the transmission of the up-down movement of the Piston on the crankshaft. That led to multiples Try to turn the combustion energy directly into rotation convict; the most successful so far, the WANKEL engine, brought considerable disadvantages, however, so that he did not generally prevailed. Main problem with rotary lobes motors is the sealing of the working chambers against each other, while conventional cylinder engines in this regard are optimally developed.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Rotationsmotors, der nach wie vor mit der bewährten Zylinder-Kolben-Kombination arbeitet und trotzdem den Druck der Verbrennung direkt in Drehbewegung überträgt, der also gegenüber dem Bekannten optimale Bedingungen gewährleistet. The object of the invention is to create a rotary motor, still with the proven cylinder-piston combination works and still the pressure of combustion directly in Transmits rotary motion, that is towards the known optimal conditions guaranteed.

Demgemäß besteht die Erfindung in einem Kolben- Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art, bei dem die Zylinder (Zylinderbüchse 4) in gegeneinander gerichteter Anordnung und mit ihrem jeweiligen Kolbenfuß radial auswärts gerichtet in einem scheibenförmigen runden Drehkörper, durch dessen Mittelpunkt die gemeinsame Längsachse der Zylinder (Zylinderbüchsen 4) verläuft, vorgesehen sind, wobei die Ein- und Auslaßventile bzw. -kanäle im Bereich des Zylinderkopfes an der Drehkörper-Nabe angebracht sind und die Kolbenfüße beider Zylinder, gegebenenfalls mittels Laufrädern) auf einer elliptischen Lagerbahn innerhalb des Motorgehäuses geführt werden, deren Unterschied zwischen dem kleinsten und größten Ellipsendurchmesser dem Kolbenhub der Zylinder entspricht.Accordingly, the invention consists in a piston internal combustion engine of the type mentioned, in which the cylinder (cylinder liner 4 ) in a mutually directed arrangement and with its respective piston base directed radially outward in a disc-shaped round rotating body, through the center of which the common longitudinal axis of the cylinder (cylinder liners 4 ) runs, are provided, the intake and exhaust valves or channels in the area of the cylinder head being attached to the rotating body hub and the piston feet of both cylinders, if necessary by means of impellers) being guided on an elliptical bearing path within the engine housing, the difference between them between the smallest and largest ellipse diameter corresponds to the piston stroke of the cylinder.

Die erfindungsgemäße Lösung liegt also in einer kreuzförmigen Anordnung der 4 Zylinder in einem Rotationskörper, der dadurch in Drehung versetzt wird, daß die frei darin beweglichen Kolben mittels Laufrädern gegen ein ellipsenförmiges Gehäuse drücken, wenn sie von der Expansion nach außen gedrückt werden. Die ellipsenförmige Gehäuse-Innenfläche wirkt dabei als schiefe Ebene, die um den Rotationskörper gekrümmt ist. Die Drehbewegung entsteht dadurch, daß die Laufräder der nach außen drückenden Kolben darauf abrollen, den Drehkörper damit in Bewegung setzen und diese Drehbewegung direkt auf die fest im Drehkörper sitzende Achse übertragen, die gleichzeitig die Antriebswelle bildet. Eine ventilfreie Gas-Zu-und-Abführung vermindert weiter die Reibungsverluste.The solution according to the invention therefore lies in a cruciform Arrangement of the 4 cylinders in a rotating body, thereby is rotated so that the freely movable therein Pistons by means of impellers against an elliptical housing press when pushed outward by expansion will. The elliptical inner surface of the housing works as an inclined plane, which is curved around the rotating body. The rotational movement arises from the fact that the impellers after Roll the pushing piston on the outside, the rotating body with it set in motion and this rotary motion directly on the axis located in the rotating body, which simultaneously the Drive shaft forms. A valve-free gas supply and discharge further reduces friction losses.

Die Erfindung ist nachstehend in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:The invention is in one embodiment below explained in more detail. It shows:

Fig. I eine schematische Längsschnittdarstellung und Fig. I is a schematic longitudinal sectional view, and

Fig. II eine schematische Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Motors, Fig. II is a schematic cross-sectional view of the motor according to the invention,

Fig. III eine vergrößerte Schnittdarstellung längs durch einen Zylinder und dessen zugehörigen Ein- und Auslaßkanal sowie die Einbauanordnung des zugehörigen anderen Zylinders. Fig. III is an enlarged sectional view longitudinally through a cylinder and its associated inlet and outlet channel and the installation arrangement of the associated other cylinder.

Fig. IV (A-E) verschiedene Stellungen der Ventilsteuerung, Fig. IV (AE) different positions of the valve control,

Fig. V eine Längsschnittdarstellung durch ein zusammen gehöriges Zylinderpaar und Fig. V is a longitudinal sectional view through a pair of cylinders belonging together and

Fig. VI eine schematische Darstellung zweier zusammengehöriger Zylinderpaare mit Kolbenfußlaufrollen und Lagerbahn. Fig. VI is a schematic representation of two related pairs of cylinders with piston castors and bearing track.

Auf der Antriebsachse 1 sitzt fest ein Drehkörper 2, der als Schwungscheibe ausgebildet und daher mit einem Schwungmasse- Ring versehen ist. Im Schwungring 3 und Ausbuchtungen der Drehkörper-Scheibe sitzen in Bohrungen die Zylinderbüchsen 4, in denen die Kolben 5 sich frei auf-und-ab-bewegen können; die Kolben sind durch konventionelle Dichtungsringe gegen die Zylinderlaufflächen abgedichtet. Um ein Verdrehen der Kolben zu verhindern, weisen sie in ihrem oberen Teil Nuten auf, die auf Führungskugeln gleiten, welche in den oberen Rand der Zylinderbüchsen eingelassen sind 4 a/5 a. Im Fuß der Kolben sind mittels Achsen Laufräder befestigt 6/7. Drehkörper samt Kolben sind von einem ellipsenförmigen Gehäuse umgeben 8, in dem sie sich auf der Antriebsachse frei drehen können, mit der sie fest verbunden sind und über die sie die Drehbewegung nach außen übertragen.A rotating body 2 , which is designed as a flywheel and is therefore provided with a flywheel ring, sits firmly on the drive shaft 1 . The cylinder liners 4 , in which the pistons 5 can move freely up and down, sit in bores in the flywheel ring 3 and bulges of the rotating body disk; the pistons are sealed against the cylinder surfaces by conventional sealing rings. In order to prevent the pistons from rotating, they have grooves in their upper part that slide on guide balls which are embedded in the upper edge of the cylinder liners 4 a / 5 a . In the base of the pistons, impellers are fixed by axles 6/7 . Rotary bodies together with pistons are surrounded by an elliptical housing 8 , in which they can rotate freely on the drive axis, with which they are firmly connected and via which they transmit the rotary movement to the outside.

Im Leerlauf werden die Kolben durch die Zentrifugalkraft nach außen getrieben und liegen daher mit ihren Laufrädern 6 auf der inneren elliptischen Wand des Gehäuses 8 auf, die als Laufbahn ausgebildet ist. Durch die kontinuierlich sich ver größernden und verkleinernden Abstände der elliptischen Wand zur keisrunden Außenfläche des Schwungmasse-Rings, in dem die Zylinder und Kolben sitzen, werden die Kolben in den Zylindern ohne mechanische Verbindung elastisch auf-und-ab geführt. Die 4 Takte Ansaugen, Verdichten, Expandieren, Ausstoßen folgen einander während einer einzigen Umdrehung für jeden der 4 Zylinder, also 4-fach, um jeweils 1 Takt versetzt (Darstel lung I). Die Treibstoff-Be- und Entladung der Zylinder erfolgt durch eine seitliche Öffnung in der Zylinderwand 10, durch welche Gemisch und Abgase aus dem Einlaßkanal 11 in die Zündkammer 14 gelangen und beim Ausstoßen durch den Auslaßkanal 12 wieder entweichen. Öffnen und Schließen der Einlaß-Auslaß-Öffnung 10 erfolgen automatisch mit der Drehung des Drehkörpers, der dabei die Öffnung am Einlaß- (11), bzw. Auslaß-Kanal vorbeiführt, die segmentförmig um die Achse angeordnet sind (Darstellung II/III/IV). Einlaß-, Auslaßkanal und Zündkerze sind im Gehäuse um die beiderseitigen Achslager herum untergebracht und öffnen durch eine glattgeschliffene runde Fläche, die dichtend eingepaßt ist in eine entsprechende Gegenfläche am Drehkörper, durch die die Einlaß-Auslaß-Öff nung (10) den Zugang zur Zündkammer (14) im Zylinder freigibt. Da der Drehkörper rotiert, das Gehäuse aber feststeht, dreht sich die Öffnung (10) nacheinander am Einlaß-Schlitz 11 a, der Zündöffnung 13 a und dem Auslaßschlitz 12 a vorbei und stellt dabei die direkte Verbindung her zwischen Zündkammer (14), Einlaßkanal (11), Zündkerze (13), und Auslaßkanal (12). Zwischen Einlaßschlitz (11 a), Zündöffnung (13 a) und Auslaßschlitz (12 a) liegen die beiden Gleitflächen dichtend auf, während im Zylinder die Mischung verdichtet wird bzw. expandiert (verbrennt). Wie bei konventioneller Anordnung ist der Zündpunkt (Zündkerze, Zündöffnung) etwas in den Beginn der Expansionsphase hinein versetzt.When idling, the pistons are driven outwards by the centrifugal force and therefore lie with their impellers 6 on the inner elliptical wall of the housing 8 , which is designed as a raceway. Due to the continuously increasing and decreasing distances between the elliptical wall and the ice-round outer surface of the flywheel ring in which the cylinders and pistons sit, the pistons in the cylinders are guided up and down elastically without mechanical connection. The 4 cycles of suction, compression, expansion, and ejection follow each other during a single revolution for each of the 4 cylinders, i.e. 4 times, offset by 1 cycle in each case (representation I). The fuel loading and unloading of the cylinders takes place through a lateral opening in the cylinder wall 10 , through which mixture and exhaust gases pass from the inlet channel 11 into the ignition chamber 14 and escape again through the outlet channel 12 when ejected. Opening and closing of the inlet-outlet opening 10 take place automatically with the rotation of the rotating body, which thereby leads the opening past the inlet ( 11 ) or outlet channel, which are arranged in segments around the axis (illustration II / III / IV ). Inlet, outlet channel and spark plug are housed in the housing around the axle bearings on both sides and open through a smooth, rounded surface, which is fitted sealingly into a corresponding counter surface on the rotating body, through which the inlet-outlet opening ( 10 ) opens access to the ignition chamber ( 14 ) releases in the cylinder. Since the rotating body rotates, but the housing is fixed, the opening ( 10 ) rotates one after the other at the inlet slot 11 a , the ignition opening 13 a and the outlet slot 12 a , thereby establishing the direct connection between the ignition chamber ( 14 ) and the inlet channel ( 11 ), spark plug ( 13 ), and exhaust duct ( 12 ). Between the inlet slot ( 11 a ), ignition opening ( 13 a ) and outlet slot ( 12 a ), the two sliding surfaces lie in a sealing manner, while the mixture is compressed or expanded (burns) in the cylinder. As with a conventional arrangement, the ignition point (spark plug, ignition opening) is slightly shifted into the beginning of the expansion phase.

Darstellung I zeigt in Aufsicht die je zwei-und-zwei gegen überliegend, rechtwinklig versetzten Zylinder in verschie denen Schnitten (Schnittlinien weggelassen aus Gründen der Übersichtlichkeit) und die angeschnittene Dichtfläche am Zylinder C (kurz vor Zündpunkt). In Zylindern A und B (Ansaug bzw. Verdichtungsphase) ist eine alternative, gewicht reduzierende Kolbenform gezeigt, in Zylinder C und D (Expansions- bzw. Ausstoßphase) die einfachste, durchgehend zylindrische Kolbenform, die ihrerseits eine bessere Kolbenführung garantiert (verkantungssicher, abriebarm). Darstellung II zeigt das System im Querschnitt, die Zylinder wiederum in unterschiedlichen Schnitten, Zylinder C in Aufsicht geöffnet, D im Längsschnitt, B gestrichelt durch den geschlossenen Drehkörper angedeutet. Darstellung III zeigt einen Schnitt durch Zylinder A ohne Kolben (schräge Aufsicht) zur Anschaulichmachung der Anordnung von Zylinderbüchse (4), Zündkammer (14), Einlaß-Auslaß-Öffnung (10) und Auslaßkanal (12) mit Achse und Achslager. Der darunterliegende Zylinder (C) bewegt sich gleichzeitig gerade an den Zündpunkt heran. Darstellung IV zeigt schematisch die Bewegung der Einlaß- Auslaß-Öffnung (10) um die Achse herum, hierbei die 4 Takte steuernd. A: Verbindung zum Einlaßkanal (11) wird geöffnet; B: durch die geschlossene Fläche ist die Einlaß-Auslaß-Öffnung und damit der Zylinder für den Verdichtungstakt hermetisch abgeschlossen; C: 10 hat soeben den Zündpunkt passiert, der Zündfunke hat durch die Zündöffnung die Zündkammer erreicht, das darin komprimierte Gemisch entzündet und den Expansions- Takt eingeleitet, für den die folgende Dichtfläche den Zylinder wieder verschließt; D: Danach hat die Einlaß-Auslaß- Öffnung über den Auslaßschlitz zum Auslaßkanal geöffnet und der durch die Ellipsenführung nach innen gedrückte Kolben presst die verbrannten Gase aus dem Zylinder; E: Im Übergang vom Ausstoßen zum erneuten Ansaugen ist der Zylinder wieder kurzzeitig verschlossen. - Diese Anordnung befindet sich spiegelsymmetrisch zu beiden Seiten des Gehäuses an den Achslagern. Zu jedem passiven Takt der betreffenden drei Zylinder zündet der vierte gerade und treibt aktiv den Drehkörper weiter, so daß eine völlig gleichmäßige Kraftübertragung erreicht wird und damit optimale Laufruhe.Representation I shows in top view the two-and-two opposite, perpendicularly offset cylinders in different cuts (cut lines omitted for reasons of clarity) and the cut sealing surface on cylinder C (just before the ignition point). An alternative, weight-reducing piston shape is shown in cylinders A and B (suction or compression phase), in cylinders C and D (expansion or exhaust phase) the simplest, continuously cylindrical piston shape, which in turn guarantees better piston guidance (resistant to canting, low abrasion) . Representation II shows the system in cross section, the cylinders in turn in different sections, cylinder C opened from above, D in longitudinal section, B indicated by dashed lines through the closed rotating body. Representation III shows a section through cylinder A without a piston (oblique view) to illustrate the arrangement of the cylinder liner ( 4 ), ignition chamber ( 14 ), inlet-outlet opening ( 10 ) and outlet channel ( 12 ) with axle and axle bearing. The cylinder underneath ( C ) is moving straight towards the ignition point. Representation IV shows schematically the movement of the inlet-outlet opening ( 10 ) around the axis, controlling the 4 cycles. A: Connection to the inlet duct ( 11 ) is opened; B: the closed surface closes the inlet-outlet opening and thus the cylinder for the compression stroke hermetically; C: 10 has just passed the ignition point, the ignition spark has reached the ignition chamber through the ignition opening, ignited the mixture compressed therein and initiated the expansion cycle, for which the following sealing surface closes the cylinder again; D: Then the inlet-outlet opening has opened via the outlet slot to the outlet channel and the piston pushed in by the elliptical guide presses the burned gases out of the cylinder; E: In the transition from ejection to renewed suction, the cylinder is closed again for a short time. - This arrangement is mirror-symmetrical on both sides of the housing on the axle bearings. For each passive stroke of the three cylinders concerned, the fourth one fires and actively drives the rotating body further, so that a completely uniform power transmission is achieved and thus optimal smoothness.

Darstellung V und VI zeigen eine alternative Version, bei der die jeweils gegenüberliegenden Zylinder durch eine gemeinsame Zündkammer verbunden sind, dadurch, daß sie einseitig um die Achse herumgeführt ist. Zugunsten der Übersichtlichkeit sind hier alle zur Darstellung des Prinzips nicht notwendigen Details weggelassen; V zeigt die Zylinder ohne, VI mit Kolben, die nun von der Expansion entgegengesetzt auseinandergetrie ben werden. Auch hier wird die Ansaugbewegung der Kolben durch die Zentrifugalkraft des rotierenden Drehkörpers besorgt, so bald dieser vom Starter in Bewegung gesetzt wurde. Zylinder büchsen, Kolben und Anordnung der Steuer-Öffnungen sind die gleichen wie bei der ersteren Version, nur der Drehkörper ist im Achsenbereich leicht geändert. Durch die Verbindung der Zylinder wird der Hubraum verdoppelt und damit die Leistung pro Zylinder-Paar. Zur Erreichung guter Gleichlauf-Eigen schaften sind bei dieser Version aber zwei Aggregate neben einander auf einer Achse vereinigt.Representation V and VI show an alternative version in which the opposite cylinders by a common one Ignition chamber are connected, in that they unilaterally around the Axis is led around. For the sake of clarity here all that are not necessary to present the principle Details omitted; V shows the cylinders without, VI with pistons, which now diverged in the opposite direction from the expansion be. Here too, the suction movement of the pistons is carried out the centrifugal force of the rotating rotating body concerned, so soon this was started by the starter. Cylinder bushes, pistons and arrangement of the control openings are the same as the first version, only the rotating body is slightly changed in the axis area. By connecting the Cylinder doubles the cubic capacity and thus the performance per pair of cylinders. To achieve good synchronism In this version, however, there are two units besides united on one axis.

Das Aggregat kann ohne prinzipielle Änderung auch als Diesel- Version ausgelegt werden.The unit can also be used as a diesel Version can be designed.

Claims

1. centrifugal piston rotary engine, in particular internal combustion engine with at least two cylinders and reciprocally movable pistons therein, combustion air inlet valves or channels and exhaust gas outlet valves or channels, wherein two cylinders are arranged in one and the same longitudinal axis, characterized in that the cylinders (cylinder liner 4 ) in a mutually directed arrangement and with their respective piston foot ( 5 b ) directed radially outwards in a disc-shaped round rotating body ( 2 ), through the center of which the common longitudinal axis of the cylinder (cylinder liners 4 ) runs, the Intake and exhaust valves or channels ( 11/12 ) in the area of the cylinder head on the rotating body hub ( 7/15 ) are attached and the piston feet of both cylinders, optionally by means of wheels ( 6 ) on an elliptical bearing track ( 8 ) within the Rotor housing, the difference between the smallest and largest Elli psen diameter corresponds to the piston stroke of the cylinder.

2. centrifugal piston rotary engine according to claim 1, characterized in that a plurality of cylinder pairs arranged with their cylinder heads against each other with the same longitudinal axis axially offset next to each other on one or more interconnected rotating bodies ( 2 ) with the associated bearing tracks ( 8 ) are arranged angularly offset from each other, ie 90 ° for two pairs of cylinders, 120 ° for three pairs of cylinders.

3. centrifugal piston rotary engine according to claim 1 or claim 2, characterized in that the valve control of the inlet and outlet gases ( 11/12 ) between the hub hub ( 8 ) and the bearing of the hub shaft ( 15 ) is adjustable.

4. centrifugal piston rotary engine according to one of the preceding claims, characterized in that in a motor unit at least two rotating bodies ( 2 ) are arranged rotating in each case with a pair of cylinders in the opposite direction, in particular the associated power output shafts are provided on opposite sides of the motor unit .