DE4432688C2 - Rotary piston engine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor mit einem in einem Gehäuse rotierenden Kolben, der auf einer in dem Gehäuse gelagerten und in einer Bohrung desselben dicht geführten Welle sitzt, wobei der Kolben einen als Segment ausgebildeten Profilansatz aufweist, der ebenfalls in der Bohrung des Gehäuses dicht geführt ist und sich zentrisch in der Bohrung dreht, wobei das Gehäuse eine Verbrennungskammer, ein Einlaßventil und eine Auslaßöffnung aufweist.The invention relates to a Rotary piston engine with a rotating in a housing Piston mounted on one in the housing and one Bore of the same tightly guided shaft sits, the Piston has a profile shoulder designed as a segment, which is also tight in the bore of the housing is and rotates centrally in the bore, whereby the Housing a combustion chamber, an inlet valve and a Has outlet opening.
Aus der DE 41 40 316 A1 ist ein gattungsgemäßer Kreiskolbenmotor bekannt, der zwei Schieber aufweist, die im Gehäuse und an dem Kolben in geschlossener Stellung dicht geführt sind und am Umfang der Bohrung radial beweglich angeordnet sind, und zwar der eine Schieber je nach Drehrichtung des Kolbens vor und der andere Schieber hinter der Brennkammer.DE 41 40 316 A1 is a generic Rotary piston engine known, which has two slides, which in Housing and tight on the piston in the closed position are guided and radially movable on the circumference of the bore are arranged, depending on the one slide Direction of rotation of the piston in front and the other slide behind the combustion chamber.
Bei den allgemein bekannten Kreiskolbenmotoren handelt es sich zumeist um Epitrochoidenmaschinen. Durch das Abrollen eines Hohlrades mit einem daran im Abstand befindlichen kurvenerzeugenden Punkt auf einem feststehenden Ritzel entsteht die äußere Arbeitsraumkontur. Beim Wankelmotor erhält man eine zweibogige Trochoide mit kurvenerzeugenden Punkten, die die gleiche Kontur beschreiben und die Eckpunkte des Innenläufers darstellen. Entsprechend dieser Kinematik trägt ein auf einem Exzenter einer Welle gelagerter Kolben ein als Zahnrad ausgebildetes Hohlrad, das mit einem an einer Seitenscheibe befestigten Zahnritzel kämmt.The generally known rotary piston engines are mostly Epitrochoid machines. By rolling off a ring gear with a curve generator at a distance from it The point on a fixed pinion creates the outer one Work area contour. With the Wankel engine you get one double-arched trochoids with curve-generating points that the Describe the same contour and the corner points of the inner rotor represent. According to this kinematics one carries on one Eccentric of a shaft mounted piston as a gear trained ring gear with a on a side window attached pinion combs.
Der Motor arbeitet mit zwei Ladungswechseltakten, wobei pro Exzenterwellendrehung als Viertaktmotor ein Arbeitsspiel erfolgt. Dabei erstreckt sich der Arbeitstakt in einer Kammer über 270° Exzenterwinkel, also das gesamte Arbeitsspiel über 4 · 270° = 1080°, was pro Kammer 3 · 360° = 3 Umdrehungen ausmacht.The engine works with two gas exchange cycles, whereby one work cycle per eccentric shaft rotation as a four-stroke engine he follows. The work cycle extends in one Chamber over 270 ° eccentric angle, i.e. the entire work cycle over 4 · 270 ° = 1080 °, which is 3 · 360 ° = 3 revolutions per chamber matters.
Der langgestreckte Verbrennungsraum, einschließlich der Kolbenmulde, besitzt ein großes Oberflächen-Volumenverhältnis und läßt nur den Betrieb als Ottomotor mit relativ schleppender Verbrennung mit ungünstigem Verbrauch und erhöhter Abgas-Emission zu. Dazu ist die Fertigung der sehr komplizierten Kontur des Arbeitsraumes sehr aufwendig.The elongated combustion chamber, including the Piston bowl, has a large surface-to-volume ratio and leaves only the operation as a gasoline engine with relative slow combustion with unfavorable consumption and increased exhaust emissions. To do this is the very manufacturing complicated contour of the work area very expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationskolbenmotor derart zu verbessern, daß eine höchstmögliche Energieausnutzung und somit eine Kraftstoffeinsparung erreicht wird, wobei die Arbeitsraum kontur relativ einfach und somit der Fertigungsaufwand gering ist.The invention has for its object a Rotary piston engine to improve such that the maximum possible use of energy and thus a Fuel saving is achieved, the work space Contour relatively simple and thus the manufacturing effort is low.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die Kennzeichnungsmerkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is performed in a generic device by Characteristic features of claim 1 solved.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Appropriate developments of the invention are the See subclaims.
Die besonderen Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der zum Teil schematischen Zeichnung. Dabei zeigt:The particular advantages of the invention result from the following description of an embodiment based on the partly schematic drawing. It shows:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den Rotationskolbenmotor, Fig. 1 shows a cross section through the rotary engine,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1 bei geschlossener Verbrennungskammer bzw. Verbrennungskammerklappe, Fig. 3 is a section 1 according to the line III-III in Fig. Closed combustion chamber or combustion chamber lid,
Fig. 4 einen Schnitt wie Fig. 3, jedoch bei geöffneter Verbrennungskammer bzw. Verbrennungskammerklappe, Fig. 4 is a section like Fig. 3, but with an open combustion chamber or combustion chamber lid,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 3 und Fig. 5 is a section along the line VV in Fig. 3 and
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 4. Fig. 6 shows a section along the line VI-VI in Fig. 4.
Bei dem dargestellten Rotationskolbenmotor 1 ist in einem Gehäuse 2 ein rotierender Kolben 3, der auf einer nach außen abgedichteten Welle 4 sitzt, gelagert und in einer Bohrung 5 dicht geführt. Der Kolben 3 weist einen als Segment 6 ausgebildeten Profilansatz 7 auf, der ebenfalls mittels in dem Profilansatz 7 eingelagerter Dichtungsbänder 8 in der Bohrung 5 des Gehäuses 2 dicht geführt ist und sich zentrisch in der Bohrung 5 dreht.In the rotary piston engine 1 shown , a rotating piston 3 , which sits on a shaft 4 sealed to the outside, is mounted in a housing 2 and guided tightly in a bore 5 . The piston 3 has a profile shoulder 7 designed as a segment 6 , which is also tightly guided in the bore 5 of the housing 2 by means of sealing tapes 8 embedded in the profile shoulder 7 and rotates centrally in the bore 5 .
Das Gehäuse 2 ist durch eine parallel zu einer Seitenfläche 9 des Kolbens 3 verlaufende Zwischenwand 10 in einen Ansaug- 11 bzw. Verdichtungsraum 12 und in eine Verbrennungs- 13 bzw. Arbeitskammer 14 aufgeteilt, wobei zwischen Verdichtungsraum 12 und Verbrennungskammer 13 ein Einlaßventil 15 und in der Arbeitskammer 14 eine Auslaßöffnung 16 vorgesehen ist.The housing 2 is divided by an intermediate wall 10 running parallel to a side face 9 of the piston 3 into an intake 11 or compression chamber 12 and into a combustion 13 or working chamber 14 , with an inlet valve 15 and in between compression chamber 12 and combustion chamber 13 the working chamber 14 is provided with an outlet opening 16 .
In dem Ansaug- 11 bzw. Verdichtungsraum 12 ist ein über eine Pleuelstange 17 mit der als Kurbelwelle ausgebildeten und einen Kurbelzapfen 18 zur Aufnahme und Bewegung der Pleuelstange 17 aufweisenden Welle 4 verbundener Hubkolben 19 in einer entsprechenden radialen Bohrung 20 des Gehäuses 2 dicht geführt. Der Hubkolben 19 ist in der Bohrung 20 parallel zur Seitenfläche 9 des Kolbens 3 bewegbar.In the intake 11 or compression chamber 12 , a piston 19 connected via a connecting rod 17 to the shaft 4 designed as a crankshaft and having a crank pin 18 for receiving and moving the connecting rod 17 is guided in a corresponding radial bore 20 of the housing 2 . The reciprocating piston 19 is movable in the bore 20 parallel to the side surface 9 of the piston 3 .
Am oberen Ende der Bohrung 20 ist zur Verbindung von Verdichtungsraum 12 und Verbrennungskammer 13 in einer Öffnung 21 der Zwischenwand 10 das Einlaßventil 15 vorgesehen. Das Einlaßventil 15 weist einen Ventilstößel 22 auf, der während des Ansaugvorgangs durch den Hubkolben 19 mittels einer Druckfeder 23 mit seinem konischen Stößelkopf 24 in die entsprechende konische Öffnung 21 gedrückt wird. Beim Verdichtungsvorgang wird der Ventilstößel 22 durch die vom Hubkolben 19 erzeugte Kompression aus der Öffnung 21 gedrückt, wobei das komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Verbrennungskammer 13 gelangt.At the upper end of the bore 20 , the inlet valve 15 is provided for connecting the compression chamber 12 and the combustion chamber 13 in an opening 21 of the intermediate wall 10 . The inlet valve 15 comprises a valve plunger 22 which is pressed during the suction by the reciprocating piston 19 by a compression spring 23 with its conical plunger head 24 in the corresponding conical opening 21st During the compression process, the valve tappet 22 is pressed out of the opening 21 by the compression generated by the reciprocating piston 19 , the compressed fuel-air mixture entering the combustion chamber 13 .
Zur Bildung der Verbrennungskammer 13 ist zwischen dem Einlaßventil 15 und der zwischen der Bohrung 5 und dem Kolben 3 gebildeten Arbeitskammer 14 eine Verbrennungskammerklappe 25 vorgesehen, die um einen am Gehäuse 2 angeordneten Zapfen 26 um einen begrenzten Winkel α drehbar ist. Dazu weist die Verbrennungskammerklappe 25 einen Anschlagzapfen 27 auf, der sich in einer kreisringabschnittsförmigen Ausnehmung 28 des Gehäuses 2 bewegt und sich in der geöffneten Stellung der Verbrennungskammerklappe 25 an einem Ende der Ausnehmung 28 abstützt. Der Anschlagzapfen 27 weist an mindestens einer seiner Anschlagseiten 29 einen Anschlagdämpfer 30 auf.To form the combustion chamber 13 is formed between the inlet valve 15 and the working chamber 14 formed between the bore 5 and the piston 3 is provided a combustion chamber lid 25 which α is a arranged on the housing 2 pin 26 through a limited angle is rotatable. For this purpose, the combustion chamber flap 25 has a stop pin 27 which moves in a recess 28 in the form of an annular section of the housing 2 and which is supported in the open position of the combustion chamber flap 25 at one end of the recess 28 . The stop pin 27 has a stop damper 30 on at least one of its stop sides 29 .
Für die Klappenspitze 31 der Verbrennungskammerklappe 25 ist zur Abdichtung der Verbrennungskammer 13 ein Dichtungsband 32a und zur Abdichtung der Arbeitskammer 14 ein Dichtungsband 32b vorgesehen.For the flap tip 31 of the combustion chamber flap 25 , a sealing tape 32 a is provided for sealing the combustion chamber 13 and a sealing tape 32 b is provided for sealing the working chamber 14 .
Der Anschlagdämpfer 30 der Verbrennungskammerklappe 25 verhindert ein hartes Aufschlagen der Klappensitze 31 und ein damit verbundenes Klopfgeräusch. Außerdem wird durch den Anschlagdämpfer 30 verhindert, daß die Klappenspitze 31 einem hohen Abriebdruck ausgesetzt ist, wozu auch das Dichtungsband 32 der Klappenspitze 31 dient.The stop damper 30 of the combustion chamber flap 25 prevents the flap seats 31 from hitting hard and an associated knocking noise. In addition, the stop damper 30 prevents the valve tip 31 from being exposed to high abrasion pressure, for which purpose the sealing tape 32 of the valve tip 31 also serves.
Die Arbeitskammer 14 bzw. die Arbeitsraumlänge erstreckt sich über einen Winkel von 320°, wobei eine konstante Größe der Arbeitskammer 14 über einen Winkel von 280° vorliegt.The working chamber 14 or the working space length extends over an angle of 320 °, a constant size of the working chamber 14 being present over an angle of 280 °.
Bei dem Rotationskolbenmotor 1 entspricht jede Umdrehung einem Arbeitstakt, wobei ein herkömmlicher Kolbenmotor zwei Umdrehungen für einen Arbeitstakt benötigt. Außerdem erfolgt die Energieausnutzung beim herkömmlichen Kolbenmotor bis zu einem Winkel von 180°. Dagegen erfolgt die Energieausnutzung bei dem Rotationskolbenmotor 1 über einen Winkel von (360° - 40° =) 320° bei konstanter Hebelarmlänge. Dadurch werden eine höhere Energieausnutzung und somit eine Kraftstoffeinsparung erreicht.In the case of the rotary piston engine 1 , each revolution corresponds to one work cycle, a conventional piston engine requiring two revolutions for one work cycle. In addition, energy is used in conventional piston engines up to an angle of 180 °. In contrast, the energy utilization in the rotary piston motor 1 takes place over an angle of (360 ° - 40 ° =) 320 ° with a constant lever arm length. As a result, higher energy utilization and thus fuel savings are achieved.
Der Rotationskolbenmotor 1 kann sowohl als Benzin- wie auch als Dieselmotor ausgeführt werden, wobei auch eine Reihenausführung oder V-Ausführung des Motors 1 möglich ist.The rotary piston engine 1 can be designed as both a petrol and a diesel engine, and a series or V-type engine 1 is also possible.
Nachfolgend ist die Arbeitsweise des Rotationskolbenmotors 1 beschrieben:The mode of operation of the rotary piston engine 1 is described below:
Durch die Abwärtsbewegung des Hubkolbens 19 wird aus der Einlaßöffnung 33 im Gehäuse 2 das Kraftstoff-Luftgemisch in den Ansaugraum 11 gesaugt. Über einen Kanal 34 zur Bohrung 20 gelangt das Kraftstoff-Luftgemisch in den Verdichtungsraum 12 und wird durch die Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 19 in dem Verdichtungsraum 12 komprimiert. Das Einlaßventil 15 öffnet bei einem Druck von 10 bar, wobei das Kraftstoff- Luftgemisch in die von der Verbrennungskammerklappe 25 verschlossenen Verbrennungskammer 13 (Fig. 3) gelangt. Nachdem das Einlaßventil 15 geschlossen ist, kommt es in der Verbrennungskammer 13 zur Zündung. Anschließend gibt der Profilansatz 7 des Kolbens 3 die Verbrennungskammerklappe 25 frei. Die Verbrennungskammerklappe 25 öffnet und legt sich am Umfang des Kolbens 3 an (Fig. 4). Danach beginnt der Arbeitsvorgang der Arbeitskammer 14 und das Ausstoßen aus der Auslaßöffnung 16.Due to the downward movement of the reciprocating piston 19 , the fuel-air mixture is sucked into the intake chamber 11 from the inlet opening 33 in the housing 2 . Via a channel 34 to the bore 20, the fuel-air mixture passes into the compression chamber 12 and is compressed by the upward movement of the lifting piston 19 in the compression space 12th The inlet valve 15 opens at a pressure of 10 bar, the fuel-air mixture entering the combustion chamber 13 closed by the combustion chamber flap 25 ( FIG. 3). After the inlet valve 15 is closed, the combustion chamber 13 ignites. The profile shoulder 7 of the piston 3 then releases the combustion chamber flap 25 . The combustion chamber flap 25 opens and lies against the circumference of the piston 3 ( FIG. 4). Thereafter, the operation of the working chamber 14 starts and the ejection from the outlet opening 16 .
BezugszeichenlisteReference list
1 Rotationskolbenmotor
2 Gehäuse von 1
3 rotierender Kolben in 2
4 Welle in 3
5 Bohrung in 2 für 3
6 Segment
7 Profilansatz an 3
8 Dichtungsbänder in 7
9 Seitenfläche von 3
10 Zwischenwand in 2
11 Ansaugraum
12 Verdichtungsraum
13 Verbrennungskammer
14 Arbeitskammer
15 Einlaßventil
16 Auslaßöffnung
17 Pleuelstange
18 Kurbelzapfen an 4
19 Hubkolben
20 Bohrung für 19
21 Öffnung in 10
22 Ventilstößel von 15
23 Druckfeder von 15
24 Stößelkopf an 22
25 Verbrennungskammerklappe
26 Zapfen in 2
27 Anschlagzapfen an 25
28 Ausnehmung in 2
29 Anschlagseiten von 27
30 Anschlagdämpfer in 27
31 Klappenspitze von 25
32a Dichtungsband in 2z32b Dichtungsband in 31
33 Einlaßöffnung in 2
34 Kanal in 11 nach 12
α Schwenkwinkel von 25 1 rotary piston motor
2 housing of 1
3 rotating pistons in 2
4 wave in 3
5 holes in 2 for 3
6 segment
7 Profile approach to 3
8 sealing tapes in 7
9 side surface of 3
10 partition in 2
11 suction chamber
12 compression room
13 combustion chamber
14 working chamber
15 inlet valve
16 outlet opening
17 connecting rod
18 crank pins on 4
19 reciprocating pistons
20 hole for 19
21 opening in 10
22 valve lifters from 15
23 compression spring of 15
24 plunger head on 22
25 combustion chamber flap
26 cones in 2
27 stop pins on 25
28 recess in 2
29 stop pages of 27
30 shock absorbers in 27
31 valve tip of 25
32 a sealing tape in 2 z 32 b sealing tape in 31
33 inlet opening in 2nd
34 channel in 11 after 12
α swivel angle of 25
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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