DE4010865A1 - Reciprocating rotary IC engine - has wedge-shaped radially moving pistons activated by expanding gaseous fluid in wedge-shaped chamber in engine housing - Google Patents

Reciprocating rotary IC engine - has wedge-shaped radially moving pistons activated by expanding gaseous fluid in wedge-shaped chamber in engine housing

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Abstract

The circular engine housing has wedge-shaped working chambers (5) around its inner circumference, each chamber with a wedge-shaped piston (7). The piston (7) is guided radially into its operating position. The piston head (8) forms a projection on one side of the piston (7), and the area (10) between the chamber (5), the top of the piston (11) and the head of the chamber (12) is rounded. Packingg strips (15,17,18) are located in the chamber wall (13), the top (11) and side face (16) of the piston. USE/ADVANTAGE - The geometry gives improved performance over the conventional reciprocating rotary engine, while retaining its light weight and compact build. Simple and economical to produce.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenmotor in der Bauart einer Sternmaschine mit einer im Motorgehäuse drehbar angeordneten Welle, an der mit einer Kolbenstange verbundene Kolben radial verschieblich angeordnet sind, die jeweils in einer am Motor­ gehäuse ausgebildeten Arbeitskammer mit einem expandierenden gasförmigen Fluid beaufschlagbar sind.The invention relates to a piston engine of the type Star machine with one rotatably arranged in the motor housing Shaft, on the piston connected to a piston rod radially are slidably arranged, each in one on the engine housing-trained working chamber with an expanding gaseous fluid can be acted upon.

Derartige Kolbenmotoren sind als Brennkraftmaschinen oder Dampfmotoren bekannt. Zur Erzielung einer möglichst hohen spezifischen Leistung bei kompakter Bauweise und damit kleinem Maschinengewicht hat es sich bewährt, für Brennkraft­ maschinen Zylinder und Kolben sternförmig anzuordnen. Aus geometrischen Gründen ist jedoch die Anzahl der einsetzbaren Zylinder bei konventionellen Kolbenmotoren begrenzt.Such piston engines are used as internal combustion engines or Steam engines known. To achieve the highest possible specific performance with a compact design and thus small machine weight, it has proven itself for internal combustion arrange the cylinders and pistons in a star shape. Out However, the number of usable geometrical reasons Cylinder limited in conventional piston engines.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kolbenmotor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei einem kompakten Bauvolumen eine höhere Leistung erzielt wird und eine einfache und preiswerte Herstellung möglich ist.The object of the invention is a piston engine of the type mentioned in such a way that at a compact construction volume a higher performance is achieved and simple and inexpensive production is possible.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Aus­ gestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen An­ sprüchen beschrieben. Bei Verwendung von Dampf als Antriebs- und Arbeitsmedium können vorwiegend biologisch nachwachsende Brennstoffe verwendet werden, wie z. B. Rapsöle oder andere Pflanzenöle. Hierdurch wird ein ökologisch neutraler geschlossener Energiekreislauf erzielt. Eine Vermehrung des CO₂-Gehaltes findet nicht statt. Da die Verbrennung fast vollkommen steuerbar ist, treten im Gegensatz zu bekannten Verbrennungskraftmaschinen wie Benzin- oder Dieselmotoren geringere Mengen an Schadstoffen wie CO-CH-NO oder dergleichen auf.According to the invention, the object is achieved by Characteristic features of claim 1. Advantageous designs of the invention are set out in the dependent An sayings described. When using steam as a drive and working medium can mainly be biologically renewable Fuels are used, such as. B. rapeseed oils or others Vegetable oils. This makes it ecologically neutral closed energy cycle achieved. An increase in CO₂ content does not take place. Since the combustion is almost is completely controllable, in contrast to known ones Internal combustion engines such as gasoline or diesel engines lower amounts of pollutants such as CO-CH-NO or the like.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel des in den Zeichnungen dargestellten Keilkolben-Sternmotors näher erläutert. Es zeigt The invention is illustrated below using the example of the Drawings shown wedge piston radial engine closer explained. It shows  

Fig. 1 den Keilkolben-Sternmotor in einer schematischen Seitenansicht im teilweisen Schnitt, Fig. 1 the wedge-piston radial engine in a schematic side view in partial section,

Fig. 2 einen Keilkolben und eine Arbeitskammer des Keilkolben-Sternmotors nach Fig. 1 in einer vergrößerten Detailansicht, Fig. 2 shows a wedge piston and a working chamber of the piston wedge-star motor shown in Fig. 1 in an enlarged detail view,

Fig. 3 bis 8 den Ablauf eines Arbeitsvorgangs in einer Arbeitskammer in schematischen Ansichten. Fig. 3 to 8 the flow of an operation in a working chamber in schematic views.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Keilkolben-Sternmotor 1 weist ein Motorgehäuse 2 auf, über dessen Innenumfang 6 in aufeinanderfolgender Reihe Arbeitskammern 5 mit allgemein keilförmigem Querschnitt angeordnet sind. Für jede Arbeits­ kammer 5 ist ein Keilkolben 7 mit ebenfalls keilförmigem Querschnitt vorgesehen, dessen Kolbenboden 8 die radiale Ebene der mit dem Keilkolben 7 verbundenen Kolbenstange 9 einseitig überragt. Jede Kolbenstange 9 ist radial verschieb­ lich in der Rotorwelle 3 gelagert. Hierzu ist eine nicht näher dargestellte Zwangsführung vorgesehen, die sich über den Innenumfang des Motorgehäuses 2 koaxial zur Mittelachse 4 erstreckt. Diese Zwangsführung kann z. B. einen am Motorge­ häuse 2 angeordneten Zahnkranz aufweisen, der mit an den Kolbenstangen 9 exzentrisch gelagerten Zahnrädern in Eingriff ist. Durch diese Zwangsführung werden die Keilkolben 7 bei Rotation der Rotorwelle 3 in Drehrichtung der Rotorwelle 3 in die aufeinanderfolgenden Arbeitskammern 5 eingeführt und wieder herausgeführt.The wedge-piston radial engine 1 shown schematically in FIG. 1 has a motor housing 2 , over the inner circumference 6 of which working chambers 5 with a generally wedge-shaped cross section are arranged in a successive row. For each working chamber 5 , a wedge piston 7 is also provided with a wedge-shaped cross section, the piston crown 8 on one side projects beyond the radial plane of the piston rod 9 connected to the wedge piston 7 . Each piston rod 9 is mounted radially displaceably in the rotor shaft 3 . For this purpose, a positive guide, not shown, is provided, which extends coaxially to the central axis 4 over the inner circumference of the motor housing 2 . This positive control can, for. B. have a sprocket arranged on Motorge 2 , which is in engagement with the piston rods 9 eccentrically mounted gears. Through this forced guidance, the wedge pistons are inserted into the successive working chambers 5 during rotation of the rotor shaft 3 in the direction of rotation of the rotor shaft 3 and 7 out again.

Die Übergänge 10 zwischen den Arbeitskammern 5, die Kolben­ spitzen 11 und die Arbeitskammerböden 12 sind abgerundet ausgebildet (Fig. 1 und Fig. 2). Der Öffnungswinkel α der Arbeitskammern 5 ist kleiner als der Keilwinkel β der Keilkolben 7. Im kolbeneintrittsseitigen Bereich 14 der je­ weils einen Arbeitskammerwand 13 ist eine Dichtleiste 15 angeordnet. Im Bereich der Kolbenspitze 11 ist in jedem Keil­ kolben 7 eine Dichtleiste 17 vorgesehen, die radial zu der Ebene der der Arbeitskammerwand 13 zugewandten Keilkolben­ fläche 24 verschieblich ist und an der Arbeitskammerwand 18 anliegt. An den Seitenflächen eines jeden Keilkolbens 7 ist jeweils ein sich von der Dichtleiste 17 bis zum Kolbenboden 8 über die Dichtleiste 15 hinaus erstreckender weiterer Dicht­ streifen 18 angeordnet.The transitions 10 between the working chambers 5 , the pistons 11 and the working chamber floors 12 are rounded ( Fig. 1 and Fig. 2). The opening angle α of the working chambers 5 is smaller than the wedge angle β of the wedge piston 7 . A sealing strip 15 is arranged in the piston inlet-side area 14 of each of the working chamber walls 13 . In the area of the plunger tip 11 is in each wedge piston 7 a sealing strip 17 is provided, the radially facing to the plane of the working chamber wall 13 wedge piston surface 24 is movable and rests against the work chamber wall 18th On the side surfaces of each wedge piston 7 , one from the sealing strip 17 to the piston crown 8 over the sealing strip 15 and extending further sealing strip 18 is arranged.

Im kolbeneintrittsseitigen Bereich 14 der einen Arbeitskam­ merwand 13 ist jeweils eine Einlaßöffnung 19 für ein gasför­ miges Fluid wie z. B. Dampf und im Bereich des Arbeitskammer­ bodens 12 eine Auslaßöffnung 20 für expandiertes und damit entspanntes gasförmiges Fluid vorgesehen. Jede Einlaßöffnung 19 ist mit einer Gaszuführleitung 21 verbunden, in der ein intermittierend ansteuerbares Ventil 22 angeordnet ist.In the piston inlet side area 14 of a working chamber 13 merwall each have an inlet opening 19 for a gas-shaped fluid such. B. steam and in the region of the working chamber floor 12, an outlet opening 20 is provided for expanded and thus relaxed gaseous fluid. Each inlet opening 19 is connected to a gas supply line 21 , in which an intermittently controllable valve 22 is arranged.

Es ist möglich, einen Keilkolben-Sternmotor aus mehreren Motorsegmenten zusammenzusetzen, die jeweils eine Anordnung von Keilkolben 7 und Arbeitskammern 5 aufweisen. Diese Keil­ kolben 7 der mehreren Motorsegmente sind vorteilhaft jeweils über ihre Kolbenstangen 9 mit der einen Rotorwelle 3 verbun­ den.It is possible to assemble a wedge piston radial engine from several engine segments, each of which has an arrangement of wedge pistons 7 and working chambers 5 . These wedge pistons 7 of the several motor segments are each connected via their piston rods 9 to the one rotor shaft 3 .

Die Anzahl der Keilkolben 7 je Motorsegment ist variabel. Es können acht bis sechsunddreißig oder mehr oder weniger vorge­ sehen werden.The number of wedge pistons 7 per motor segment is variable. Eight to thirty-six or more or less can be seen.

Sofern mehrere Motorsegmente in Reihe geschaltet werden, ist es zweckmäßig, diese um einige Grade des Rotorwinkels ver­ setzt zusammenzubauen. Hierdurch ist jeweils ein Motorsegment immer im Arbeitstakt, wodurch sich ein besserer Rundlauf des Keilkolben-Sternmotors 1 ergibt und auf eine Schwungmasse verzichtet werden kann.If several motor segments are connected in series, it is advisable to put them together by a few degrees of the rotor angle. As a result, one motor segment is always in the work cycle, which results in a better concentricity of the wedge piston star motor 1 and a flywheel can be dispensed with.

Bei dem Keilkolben-Sternmotor 1 kann hochgespannter Dampf von 10 bis 250 at bei ca. 650°C über die jeweilige Gaszuführ­ leitung 21 nach Öffnen des Ventils 22 in den Expansionsraum 23 der Arbeitskammer 5 geleitet werden. Jeder Expansionsraum 23 wird hierbei durch die einander zugewandten Flächen des Keilkolbens 7 und der einen Arbeitskammerwand 13 im Umfang der Dichtleisten 15, 17 sowie der Dichtstreifen 18 bestimmt. Die Dampfmenge wird hierbei über eine Dosiereinrichtung ge­ steuert. Der expandierende Dampf drückt den Keilkolben 7 in die Arbeitskammer 5 und wird dabei gleichzeitig durch die mechanische Zwangsführung in die Arbeitskammer 5 bewegt. In der Stellung des Keilkolbens 7 nach Fig. 5 ist der Dampf entspannt. Der Keilkolben 7 bewegt sich aus der betreffenden Arbeitskammer 5 heraus und in Drehrichtung der Rotorwelle 3 zur folgenden Arbeitskammer 5 weiter und wird dann in diese nächste Arbeitskammer 5 eingeführt.In the wedge-piston radial engine 1 , high-tension steam from 10 to 250 at at approx. 650 ° C. can be passed via the respective gas supply line 21 after opening the valve 22 into the expansion space 23 of the working chamber 5 . Each expansion space 23 is determined here by the mutually facing surfaces of the wedge piston 7 and the one working chamber wall 13 in the circumference of the sealing strips 15, 17 and the sealing strips 18 . The amount of steam is controlled ge via a metering device. The expanding vapor forces the wedge piston 7 in the working chamber 5 and is moved at the same time by the mechanical forced guidance in the working chamber. 5 In the position of the wedge piston 7 according to FIG. 5, the steam is released. The wedge piston 7 moves out of the working chamber 5 in question and further in the direction of rotation of the rotor shaft 3 to the following working chamber 5 and is then introduced into this next working chamber 5 .

Der Keilkolben-Sternmotor 1 ist für unterschiedliche Leistungsgrößen einsetzbar und eignet sich insbesondere für den stationären Betrieb wie auch für den mobilen Einsatz.The wedge piston radial engine 1 can be used for different output sizes and is particularly suitable for stationary operation as well as for mobile use.

Zur Erzeugung des Dampfes können biologische Brennstoffe verwendet werden. Hierdurch ist es möglich, einen geschlos­ senen Energiekreislauf mit der Natur zu erzielen. Der Keil­ kolben-Sternmotor ist auch aufgrund seiner spezifischen Bau­ weise als Vielstoffmotor einzusetzen.Biofuels can be used to generate the steam be used. This makes it possible to lock one to achieve its energy cycle with nature. The wedge Piston radial engine is also due to its specific construction wise to use as a multi-fuel engine.

Claims (5)

1. Kolbenmotor in der Bauart einer Sternmaschine mit einer koaxial im Motorgehäuse angeordneten Welle, an der mit einer Kolbenstange verbundene Kolben radial verschieblich angeordnet sind, die jeweils in einer am Motorgehäuse ausgebildeten Arbeitskammer mit einem expandierenden gasförmigen Fluid beaufschlagbar sind, gekennzeichnet dadurch, daß über den Innenumfang (6) eines kreisförmigen Motorgehäuses (2) in aufeinanderfolgender Reihe Arbeits­ kammern (5) mit allgemein keilförmigem Querschnitt an­ geordnet sind, denen jeweils ein Keilkolben (7) mit all­ gemein keilförmigem Querschnitt zugeordnet ist, wobei jeder Keilkolben (7) oder jede Kolbenstange (9) in Dreh­ richtung über den Innenumfang des Motorgehäuses (2) und radial verschieblich mit einer Zwangsführung in Wirkein­ griff ist und jeder Kolbenboden (8) eines jeden Keilkol­ bens (7) die radiale Ebene der mit dem Keilkolben (7) verbundenen Kolbenstange (9) einseitig überragt, wobei die Übergänge (10) zwischen den Arbeitskammern (5), die Kolbenspitzen (11) und die Arbeitskammerböden (12) abge­ rundet ausgebildet sind, der Öffnungswinkel α der Ar­ beitskammern (5) kleiner ist als der Keilwinkel β der Keilkolben (7), im kolbeneintrittsseitigen Bereich (14) der einen Arbeitskammerwand (13) eine Dichtleiste (15) sowie im Bereich der Kolbenspitze (11) zu der Ebene der der Arbeitskammerwand (13) zugewandten Keilkolbenfläche (24) an der Arbeitskammerwand (13) anliegend und radial verschieblich eine Dichtleiste (17) und an den Keilkol­ benseitenflächen (16) an der jeweils zugewandten Arbeits­ kammerwand anliegend jeweils ein Dichtstreifen (18) ange­ ordnet ist, und im kolbeneintrittsseitigen Bereich (14) der einen Arbeitskammerwand (13) jeweils mindestens eine Einlaßöffnung (19) für das gasförmige Fluid und im Be­ reich des Arbeitskammerbodens (12) eine Auslaßöffnung (20) für expandierendes Gas ausgebildet ist.1. Piston engine in the form of a radial engine with a coaxially arranged in the motor housing shaft on which pistons connected to a piston rod are arranged radially displaceably, each of which can be acted upon in an operating chamber formed on the motor housing with an expanding gaseous fluid, characterized in that the Inner circumference ( 6 ) of a circular motor housing ( 2 ) in a successive row of working chambers ( 5 ) with a generally wedge-shaped cross section are arranged, each of which is assigned a wedge piston ( 7 ) with a generally wedge-shaped cross section, each wedge piston ( 7 ) or each piston rod ( 9 ) in the direction of rotation over the inner circumference of the motor housing ( 2 ) and radially displaceable with a positive guide in effect and each piston crown ( 8 ) of each wedge piston ( 7 ) is the radial plane of the piston rod connected to the wedge piston ( 7 ) ( 9 ) protrudes on one side, the transitions ( 10 ) between the working chambers ( 5 ), the piston tips ( 11 ) and the working chamber bottoms ( 12 ) are rounded off, the opening angle α of the working chamber ( 5 ) is smaller than the wedge angle β of the wedge piston ( 7 ), in the piston inlet side area ( 14 ) the one working chamber wall ( 13 ) has a sealing strip ( 15 ) and in the area of the piston tip ( 11 ) to the plane of the wedge piston surface ( 24 ) facing the working chamber wall ( 13 ) on the working chamber wall ( 13 ) and is radially displaceable a sealing strip ( 17 ) and on the Keilkol benseitenflächen ( 16 ) adjacent to the respective working chamber wall, a sealing strip ( 18 ) is arranged, and in the piston inlet side area ( 14 ) of a working chamber wall ( 13 ) each have at least one inlet opening ( 19 ) for the gaseous fluid and in Be rich of the working chamber floor ( 12 ) an outlet opening ( 20 ) for expanding gas is formed. 2. Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die seitlichen Dichtstreifen (18) der Keilkolben (7) von der radialen Dichtleiste (17) im Bereich der Kolben­ spitze (11) bis etwa zum Kolbenboden (8) des Keilkolbens (7) erstrecken.2. Piston engine according to claim 1, characterized in that the lateral sealing strips ( 18 ) of the wedge piston ( 7 ) from the radial sealing strip ( 17 ) in the region of the piston tip ( 11 ) up to approximately the piston head ( 8 ) of the wedge piston ( 7 ) extend. 3. Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einlaßöffnung (19) mit einer Gaszuführleitung (21) verbunden ist, in der ein intermittierend ansteuerbares Ventil (22) angeordnet ist.3. Piston engine according to claim 1, characterized in that each inlet opening ( 19 ) is connected to a gas supply line ( 21 ) in which an intermittently controllable valve ( 22 ) is arranged. 4. Kolbenmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens zwei Anordnungen von Keilkolben (7) und Arbeitskammern (5) in Reihe angeordnet sind, wobei die Kolbenstangen (9) der Keilkolben (7) mit einer Rotor­ welle (3) verbunden sind.4. Piston engine according to claim 1 to 3, characterized in that at least two arrangements of wedge pistons ( 7 ) and working chambers ( 5 ) are arranged in series, the piston rods ( 9 ) of the wedge piston ( 7 ) with a rotor shaft ( 3 ) are connected. 5. Kolbenmotor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwangsführung aus einem im Motorgehäuse (2) koaxial zur Mittelachse (4) der Rotorwelle (3) angeordne­ ten Zahnkranz besteht, mit dem exzentrisch an jeder Kol­ benstange (9) gelagerte Zahnräder in Eingriff sind.5. Piston engine according to claim 1 to 4, characterized in that the positive guidance from a in the motor housing ( 2 ) coaxial to the central axis ( 4 ) of the rotor shaft ( 3 ) is arranged th ring gear, with the eccentrically on each Kol rod ( 9 ) mounted Gears are engaged.
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