WO1991010811A1 - Rotary-piston internal-combustion engine - Google Patents

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WO1991010811A1
WO1991010811A1 PCT/EP1990/002047 EP9002047W WO9110811A1 WO 1991010811 A1 WO1991010811 A1 WO 1991010811A1 EP 9002047 W EP9002047 W EP 9002047W WO 9110811 A1 WO9110811 A1 WO 9110811A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ring
combustion engine
housing
internal combustion
piston internal
Prior art date
Application number
PCT/EP1990/002047
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Huschang Sabet
Dietrich Eckhardt
Original Assignee
Huschang Sabet
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huschang Sabet filed Critical Huschang Sabet
Priority to JP91500115A priority Critical patent/JPH05507984A/en
Publication of WO1991010811A1 publication Critical patent/WO1991010811A1/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/063—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston internal combustion engine with a housing having a cylindrical inner surface and radial inlet and outlet openings, with a rotor rotating within the housing at a uniform speed and having a cylindrical circumferential surface, with a plurality of radially angularly spaced apart from one another a hub projecting at a uniform speed concentrically to the rotor, engaging in working chambers within the rotor and connected to the rotor via at least one crank mechanism, and with pistons passing through the rotor wall, the working chambers alternating with the inlet and outlet openings of the housing its connecting channels, the openings on the housing side of which are enclosed by sealing rings arranged in the rotor wall and abutting against the inner surface of the housing,
  • the invention is based on the object, the known rotary piston internal combustion engine. To improve the machine in such a way that a long running time is guaranteed even at high speeds.
  • the invention is based on the idea of minimizing wear on the sealing rings and on the inner surface of the housing by using suitable sealing ring materials and arrangements.
  • the sealing rings arranged in the ring grooves of the rotor wall consist of a ceramic material and have a ground and / or polished sliding surface adapted to the curved inner surface of the housing and under the action of a spring against the inner surface of the housing can be pressed.
  • the ceramic material expediently has a Mohs hardness of over 8.5, preferably from 9 to 9.5.
  • a ceramic material made of silicon nitride or silicon carbide has proven to be particularly suitable.
  • the inner surface of the housing is provided with a wear-resistant coating, preferably made of chromium oxide or nickel, with embedded silicon crystals (Nikasil).
  • these expediently have a circular outline.
  • the sliding surface adapted to the inner surface of the housing nevertheless ensures that the sealing ring is automatically aligned in the annular groove.
  • the sliding surface can be chamfered or rounded all around in the area of its outer and inner edge.
  • a preferred embodiment of the invention provides that a spring, preferably designed as a wave spring, is arranged between the sealing ring and the base of the annular groove.
  • a spring ring slotted on one side is advantageously arranged between the sealing ring and the spring, which rests sealingly against the outer flanks of the ring groove.
  • the slot of the spring ring of overlapping vom ⁇ ring made of metal or ceramic material arranged so that it can also escape through the slot of the spring ring not komprimier ⁇ tes gas.
  • a particularly good sealing effect during the compression process and during the expansion of the pressurized combustion gases is advantageously achieved in that the diameter of the annular groove in the area of its inner flanks is smaller than that of the sealing ring, spring washers and / or intermediate ring. This measure enables the end face of the sealing ring opposite the sliding surface with the pressure of the compressed fuel-air mixture or the combustion gases.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the annular groove has on its outer flank an annular shoulder facing away from the base of the groove.
  • the sealing ring expediently has a greater width than the intermediate ring and at least partially overlaps the ring shoulder with its end face facing the groove base.
  • the sealing ring which overlaps the ring shoulder can be designed as a stepped ring and lie directly on the spring ring.
  • the inside width of the inlet and outlet openings is at least in the axial direction smaller than the inside diameter of the sealing rings. This ensures that the sealing rings bear evenly against the inside surface of the housing when the inlet and outlet openings are passed over.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a rotary piston internal combustion engine in two sectional planes forming an angle with one another along the Section line 1-1 of Fig. 2;
  • Fig. 2 shows a section along the section line 2-2
  • FIG. 1; 3 shows an enlarged detail from FIG. 2.
  • the rotary piston internal combustion engine essentially consists of a stationary housing 10, which has a cylindrical inner surface 12 and radial inlet and outlet openings 14, 16, a rotor 18 rotating therein at a uniform speed, and a rotor 18 mounted in the rotor 18 and rotating at a non-uniform speed Hub 20 with four radially outwardly projecting, piston-shaped pistons 22.
  • the fuel supply and the exhaust gas discharge take place through channels 34 which are arranged at an angular distance from one another and pass through the rotor wall 24 and which alternately connect the working chambers 30 to the inlet and outlet openings 14 and 16, respectively.
  • the fuel-air mixture supplied to two working chambers 30 at the same time via two opposite inlet openings 14 and channels 34 is compressed during the oscillating movement of the pistons 22 between them and the side walls 36 of the ribs 32 and in the channels 34.
  • the compressed mixture is ignited at the dead center of the pistons 22 by means of two spark plugs 40 screwed into the housing jacket 38.
  • the expanding combustion gases drive the pistons 22 and the ribs 32 apart and then escape through the channels 34 into the outlet openings 16.
  • the relative movement between the pistons 22 and the rotor 18 is transmitted with the aid of four connecting rods 44 articulated on bolts 42 of the hub 20 to the crank pins 46 of four crank shafts 48 which axially penetrate the ribs 32 and thus is converted into a rotary movement puts.
  • Gear wheels 50 connected on the face side to the crankshafts 48 mesh with the teeth of an internally toothed ring gear 52 elastically connected to the housing 10 and thereby convert the rotary movement of the crankshafts 48 into a rotary movement of the rotor 18 relative to the housing 10.
  • the rotor rotation can be achieved by means of an output shaft 62, which is connected in one piece to the end face part 28 and is supported in the bearings 54, 56 of the housing covers 58, 60, is transmitted to a consumer.
  • sealing strips 64 are provided on the free ends of the pistons 22 moving along the inside of the rotor wall 24 and on the end faces of the pistons 22 and the hub 20.
  • a pressure equalization between the working chambers 30 or a escape of the compressed fuel-air mixture via the annular gap 66 between the rotor peripheral surface 68 and the inner housing surface 70 is through the openings 74 of the channels 34 on the rotor circumferential surface 68 enclosing sealing rings 72, which are each arranged in an annular groove 76 in the rotor wall 24 and bear against the inner surface 70 of the housing.
  • the sealing rings 72 which are inserted radially displaceably in the ring grooves 76, consist of a ceramic material of great hardness such as silicon nitride or silicon carbide and, with their ground or polished sliding surface 78 adapted to the curvature of the housing inner surface 70, against the housing inner surface 70 provided with a wear-resistant coating 80 pressed.
  • the sealing rings 72 are pressed on once by a spring 82 inserted into the annular groove.
  • a spring 82 inserted into the annular groove.
  • the end face 86 of the sealing ring 72 facing the base 84 of the annular groove 76 becomes via the gap 66 and an annular gap 89, which remains free between the inner flank 88 of the annular groove 76 and the sealing ring 72, is acted upon by the overpressure prevailing in the working chamber 30 from the channel 34, so that the contact pressure of the spring 82 is increased.
  • the coating 80 on the inner surface 70 of the housing can consist of different materials. However, it has been shown that a 3/10 to 4/10 mm thick plasma-sprayed coating made of chromium oxide in combination with ceramic sealing rings made of silicon carbide or a 2/10 to 3/10 mm thick, electro- lyolytically applied coating made of nickel with embedded silicon carbide crystals (Nikasil) together with sealing rings made of silicon nitride ensure good running properties and low wear.
  • the sealing ring 72 shown in FIG. 3 has a circular outline and, together with a shaft spring 82, a spring ring 90 slotted on one side on the shaft spring 82, and a closed intermediate ring 92 arranged between the spring ring 90 and the sealing ring 72, are in one Annular groove 76 used, which has on its outer flank 94 an annular shoulder 96 facing away from the groove base 84.
  • the diameter of the annular groove 76 on its inner flank 88 is slightly smaller than the inner diameter of the sealing ring 72, the intermediate ring 92 and the spring ring 90, so that the compressed fuel-air mixture or the expanding, pressurized exhaust gas from the channel 34 can penetrate between the bottom 84 of the annular groove 76 and the underside of the spring ring 90 facing the bottom 84 of the annular groove 76.
  • the spring ring 90 lies sealingly against the outer flank 94 of the annular groove 76 and thereby blocks the mixture or the exhaust gases from escaping to the outside.
  • the intermediate ring 92 resting on the upper side of the spring ring 90 covers the slot of the spring ring 90, so that only a very small amount of gas can pass through there. This amount of gas is further reduced due to the very narrow gap between the end face 86 of the sealing ring 72 and the ring shoulder 96.
  • the annular shoulder 96 in the annular groove 76 enables to make the wall thickness of the ceramic sealing ring 72 relatively large and thereby reduce the risk of breakage without increasing the contact pressure acting on the ceramic sealing ring 72 and thus the sliding friction between the sealing ring 72 and the inner housing surface 70 by increasing the area exposed to the gas pressure.
  • the sealing ring 72 can be made relatively flat, as a result of which the elastic adaptation of the sliding surface 78 to the housing inner surface 70 is facilitated in the case of a sealing ring 72 which is slightly warped during operation.
  • the inner diameter of the sealing rings 72 is larger than the clear width of the inlet and outlet openings 14, 16, so that the sealing rings 72 abut a portion of their sliding surface 78 against the housing inner surface 70 when they pass the inlet and outlet openings.

Abstract

In rotary-piston internal-combustion engines which work by the cat-and-mouse principale, the work spaces (30) inside the rotor (18) rotating at uniform speed in the housing (10) must be sealed off from each other and from the housing (10). The work spaces (30) are sealed off from the housing (10) by sealing rings (72) made of ceramic material and mounted in annular grooves (76) in the rotor wall (24) so that they can move in the radial direction. The sealing rings (72) rest against the inside wall (70) of the housing and surround the apertures (74) of the ducts (34) through which, in alternation, air/fuel mixture is fed and exhaust allowed to escape.

Description

Rotationskόlbenverbrennungskraftmaschine Rotary piston internal combustion engine
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine RotationskolbenVerbren¬ nungskraftmaschine mit einem eine zylindrische Innen¬ fläche und radiale Ein- und Auslaßöffnungen aufweisen¬ den Gehäuse, mit einem innerhalb des Gehäuses mit gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden, eine zylin¬ drische Umfangsfläche aufweisenden Rotor, mit mehreren im Winkelabstand voneinander radial über eine mit un¬ gleichförmiger Geschwindigkeit konzentrisch zum Rotor umlaufende Nabe überstehenden, in Arbeitskammern inner¬ halb des Rotors eingreifenden und über mindestens ein Kurbelgetriebe mit dem Rotor verbundenen Kolben, und mit die Rotorwand durchsetzenden, die Arbeitskammern abwechselnd mit den Ein- und Auslaßöffnungen des Gehäu¬ ses verbindenden Kanälen, deren gehäuseseitige Öffnun¬ gen durch in der Rotorwand angeordnete, gegen die Ge- häuseinneπflache anliegende Dichtringe umschlossen sind,The invention relates to a rotary piston internal combustion engine with a housing having a cylindrical inner surface and radial inlet and outlet openings, with a rotor rotating within the housing at a uniform speed and having a cylindrical circumferential surface, with a plurality of radially angularly spaced apart from one another a hub projecting at a uniform speed concentrically to the rotor, engaging in working chambers within the rotor and connected to the rotor via at least one crank mechanism, and with pistons passing through the rotor wall, the working chambers alternating with the inlet and outlet openings of the housing its connecting channels, the openings on the housing side of which are enclosed by sealing rings arranged in the rotor wall and abutting against the inner surface of the housing,
Bei einer bekannten Rotationskolbenverbrennungskraftma- schine dieser Art (EP-B 0 035 136) konnte durch die ringförmige Ausbildung der Dichtungen die Gesamtlänge der Dichtgrenzen auf der Umfangsfläche des Rotors er¬ heblich verkürzt werden. Allerdings hat sich die be¬ kannte Anordnung vor allem bei hohen Drehzahlen als recht verschleißanfällig erwiesen.In a known rotary piston internal combustion engine of this type (EP-B 0 035 136), the overall length of the sealing limits on the circumferential surface of the rotor could be considerably shortened due to the annular design of the seals. However, the known arrangement has proven to be quite susceptible to wear, especially at high speeds.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu¬ grunde, die bekannte Rotationskolbenverbrennungskraft- maschine dahingehend zu verbessern, daß auch bei hohen Drehzahlen eine lange Laufzeit gewährleistet wird.Proceeding from this, the invention is based on the object, the known rotary piston internal combustion engine. To improve the machine in such a way that a long running time is guaranteed even at high speeds.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung die im Kenπzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung erge¬ ben sich aus den abhängigen Ansprüchen.To achieve this object, the combination of features specified in the characterizing part of claim 1 is proposed according to the invention. Further advantageous refinements and developments of the invention result from the dependent claims.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Ver¬ schleiß an den Dichtringen und an der Innenfläche des Gehäuses durch die Verwendung geeigneter Dichtringmate¬ rialien und -anordnungen zu minimieren. Um dies zu er¬ reichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die in Ringnuten der Rotorwand angeordneten Dichtringe aus einem Keramikmaterial bestehen und eine geschlif¬ fene und/oder polierte, der gekrümmten Innenfläche des Gehäuses angepaßte Gleitfläche aufweisen und unter der Einwirkung einer Feder gegen die Innenfläche des Gehäu¬ ses aπpreßbar sind.The invention is based on the idea of minimizing wear on the sealing rings and on the inner surface of the housing by using suitable sealing ring materials and arrangements. To achieve this, it is proposed according to the invention that the sealing rings arranged in the ring grooves of the rotor wall consist of a ceramic material and have a ground and / or polished sliding surface adapted to the curved inner surface of the housing and under the action of a spring against the inner surface of the housing can be pressed.
Das Keramikmaterial weist zweckmäßig eine Mohshärte von über 8,5, vorzugsweise von 9 bis 9,5 auf. Als besonders gut geeignet hat sich ein Keramikmaterial aus Siliciu - πitrid oder aus Siliciumcarbid erwiesen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die In¬ nenfläche des Gehäuses mit einer verschleißfesten Be¬ schichtung, vorzugsweise aus Chromoxid oder aus Nickel mit eingelagerten Siliciu -Kristallen (Nikasil) verse¬ hen. Um die Herstellung des Dichtrings und der Ringnut zu erleichtern weisen diese zweckmäßig einen kreisförmigen Umriß auf. Durch die an die Innenfläche des Gehäuses angepaßte Gleitfläche ist trotzdem gewährleistet, daß sich der Dichtriπg selbsttätig in der Ringnut ausrich¬ tet. Die Gleitfläche kann dabei im Bereich ihrer äuße¬ ren und inneren Kante umlaufend angefast oder abgerun¬ det sein.The ceramic material expediently has a Mohs hardness of over 8.5, preferably from 9 to 9.5. A ceramic material made of silicon nitride or silicon carbide has proven to be particularly suitable. According to an advantageous embodiment of the invention, the inner surface of the housing is provided with a wear-resistant coating, preferably made of chromium oxide or nickel, with embedded silicon crystals (Nikasil). In order to facilitate the production of the sealing ring and the annular groove, these expediently have a circular outline. The sliding surface adapted to the inner surface of the housing nevertheless ensures that the sealing ring is automatically aligned in the annular groove. The sliding surface can be chamfered or rounded all around in the area of its outer and inner edge.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zwischen dem Dichtring und dem Grund der Ringnut eine vorzugsweise als Wellenfeder ausgebildete Feder angeordnet ist. Um innerhalb der Ringnut eine gute Ab¬ dichtung zu gewährleisten, ist vorteilhafterweise zwi¬ schen dem Dichtring und der Feder ein einseitig ge¬ schlitzter Federring angeordnet, der dichtend gegen die Außenflanken der Ringnut anliegt. Zweckmäßig ist zwi¬ schen dem Dichtring' und dem Federring ein geschlosse¬ ner, den Schlitz des Federrings überdeckender Zwischen¬ ring aus Metall oder Keramikmaterial angeordnet, so daß auch durch den Schlitz des Federrings kein komprimier¬ tes Gas entweichen kann.A preferred embodiment of the invention provides that a spring, preferably designed as a wave spring, is arranged between the sealing ring and the base of the annular groove. In order to ensure a good seal within the ring groove, a spring ring slotted on one side is advantageously arranged between the sealing ring and the spring, which rests sealingly against the outer flanks of the ring groove. Suitably zwi¬ the sealing ring 'and the spring ring's a geschlosse¬ ner, the slot of the spring ring of overlapping Zwischen¬ ring made of metal or ceramic material arranged so that it can also escape through the slot of the spring ring not komprimier¬ tes gas.
Eine besonders gute Dichtwirkung während des Kompres¬ sionsvorgangs und während der Expansion der unter Druck stehenden Verbrennungsgase wird vorteilhafterweise da¬ durch erreicht, daß der Durchmesser der Ringnut im Be¬ reich ihrer Innenflanken kleiner ist, als der des in der Ringnut angeordneten Dichtrings, Federrings und/ oder Zwischenrings. Durch diese Maßnahme kann die der Gleitfläche gegenüberliegende Stirnseite des Dichtrings mit dem Druck des komprimierten Kraftstoff-Luft-Ge¬ mischs bzw. der Verbrennungsgase beaufschlagt werden.A particularly good sealing effect during the compression process and during the expansion of the pressurized combustion gases is advantageously achieved in that the diameter of the annular groove in the area of its inner flanks is smaller than that of the sealing ring, spring washers and / or intermediate ring. This measure enables the end face of the sealing ring opposite the sliding surface with the pressure of the compressed fuel-air mixture or the combustion gases.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Ringnut an ihrer Außenflanke eine vom Nutgrund abgewandte Ringschulter aufweist. Zweckmä¬ ßig weist der Dichtring dabei eine größere Breite als der Zwischenring auf und übergreift mit seiner dem Nut¬ grund zugewandten Stirnseitenfläche die Ringschulter zumindest teilweise.A further advantageous embodiment of the invention provides that the annular groove has on its outer flank an annular shoulder facing away from the base of the groove. The sealing ring expediently has a greater width than the intermediate ring and at least partially overlaps the ring shoulder with its end face facing the groove base.
Alternativ dazu kann der die Ringschulter übergreifende Dichtring als Stufenring ausgebildet sein und umittel- bar auf dem Federring aufliegen.As an alternative to this, the sealing ring which overlaps the ring shoulder can be designed as a stepped ring and lie directly on the spring ring.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die lichte Weite der Ein- und Auslaßöff¬ nungen zumindest in axialer Richtung kleiner als der Innendurchmesser der Dichtringe. Dadurch wird gewähr¬ leistet, daß die Dichtringe auch beim Überfahren der Ein- und Auslaßöffnungen gleichmäßig gegen die Gehäuse¬ innenfläche anliegen.According to a further advantageous embodiment of the invention, the inside width of the inlet and outlet openings is at least in the axial direction smaller than the inside diameter of the sealing rings. This ensures that the sealing rings bear evenly against the inside surface of the housing when the inlet and outlet openings are passed over.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. Show it
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Rotatioπskolben- verbrennungskraftmaschine in zwei einen Winkel miteinander bildenden Schnittebenen entlang der Schnittlinie 1-1 der Fig. 2; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 der1 shows a longitudinal section through a rotary piston internal combustion engine in two sectional planes forming an angle with one another along the Section line 1-1 of Fig. 2; Fig. 2 shows a section along the section line 2-2
Fig. 1; Fig. 3 eine AusschnittsVergrößerung aus Fig. 2.Fig. 1; 3 shows an enlarged detail from FIG. 2.
Die Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine besteht im wesentlichen aus einem stationären, eine zylindrische Innenfläche 12 und radiale Ein- und Auslaßöffnungen 14, 16 aufweisenden Gehäuse 10, einem darin mit gleichför¬ miger Geschwindigkeit umlaufenden Rotor 18, sowie einer im Rotor 18 gelagerten und mit ungleichförmiger Ge¬ schwindigkeit umlaufenden Nabe 20 mit vier radial nach außen abstehenden flügeiförmigen Kolben 22. Die zylin¬ drische Rotorwand 24 begrenzt zusammen mit zwei durch die Rotorwand 24 verbundenen Stirnseitenteilen 26 und 28 die Arbeitskammern 30, deren Volumen durch das Hin- und Herschwiπgen der Kolben 22 zwischen vier nach innen weisenden, mit der Rotorwand 24 verbundenen Rippen 32 verringert und wieder vergrößert wird.The rotary piston internal combustion engine essentially consists of a stationary housing 10, which has a cylindrical inner surface 12 and radial inlet and outlet openings 14, 16, a rotor 18 rotating therein at a uniform speed, and a rotor 18 mounted in the rotor 18 and rotating at a non-uniform speed Hub 20 with four radially outwardly projecting, piston-shaped pistons 22. The cylindrical rotor wall 24, together with two end parts 26 and 28 connected by the rotor wall 24, delimits the working chambers 30, the volume of which, due to the reciprocation of the pistons 22, swings between four inwards pointing ribs 32 connected to the rotor wall 24 is reduced and enlarged again.
Die Kraftstoffzufuhr und der Abgasausstoß erfolgt durch im Winkelabstand voneinander angeordnete, die Rotorwand 24 durchsetzende Kanäle 34, welche die Arbeitskammern 30 abwechselnd mit den Ein- bzw. Auslaßöffnungen 14 bzw. 16 verbinden. Das jeweils gleichzeitig über zwei sich gegenüberliegende Einlaßöffnungen 14 und Kanäle 34 zwei Arbeitskammern 30 zugeführte Kraftstoff-Luft-Ge¬ misch wird bei der Schwingbewegung der Kolben 22 zwi¬ schen diesen und den Seitenwänden 36 der Rippen 32 so¬ wie in den Kanälen 34 komprimiert. Die Zündung des ver¬ dichteten Gemischs- erfolgt im Totpunkt der Kolben 22 durch zwei in den Gehäusemantel 38 eingeschraubte Zünd¬ kerzen 40. Die expanierenden Verbrennungsgase treiben die Kolben 22 und die Rippen 32 auseinander und entwei¬ chen anschließend über die Kanäle 34 in die Auslaßöff¬ nungen 16.The fuel supply and the exhaust gas discharge take place through channels 34 which are arranged at an angular distance from one another and pass through the rotor wall 24 and which alternately connect the working chambers 30 to the inlet and outlet openings 14 and 16, respectively. The fuel-air mixture supplied to two working chambers 30 at the same time via two opposite inlet openings 14 and channels 34 is compressed during the oscillating movement of the pistons 22 between them and the side walls 36 of the ribs 32 and in the channels 34. The compressed mixture is ignited at the dead center of the pistons 22 by means of two spark plugs 40 screwed into the housing jacket 38. The expanding combustion gases drive the pistons 22 and the ribs 32 apart and then escape through the channels 34 into the outlet openings 16.
Die Relativbeweguπg zwischen den Kolben 22 und dem Ro¬ tor 18 wird mit Hilfe von vier an Bolzen 42 der Nabe 20 angelenkten Pleuelstangen 44 auf die Kurbelzapfen 46 von vier, die Rippen 32 axial durchsetzenden Kurbelwel¬ len 48 übertragen und damit in eine Drehbewegung umge¬ setzt. Stirnseitig mit den Kurbelwellen 48 verbundene Zahnräder 50 kämmen mit den Zähnen eines innenverzahn¬ ten, elastisch mit dem Gehäuse 10 verbundenen Hohlrads 52 und überführen dadurch die Drehbewegung der Kurbel¬ wellen 48 in eine Drehbewegung des Rotors 18 gegenüber dem Gehäuse 10. Die Rotordrehung kann mittels einer einstückig mit dem Stirnseitenteil 28 verbundenen und in den Lagern 54, 56 der Gehäusedeckel 58, 60 gelager¬ ten Abtriebswelle 62 auf einen Verbraucher übertragen werden.The relative movement between the pistons 22 and the rotor 18 is transmitted with the aid of four connecting rods 44 articulated on bolts 42 of the hub 20 to the crank pins 46 of four crank shafts 48 which axially penetrate the ribs 32 and thus is converted into a rotary movement puts. Gear wheels 50 connected on the face side to the crankshafts 48 mesh with the teeth of an internally toothed ring gear 52 elastically connected to the housing 10 and thereby convert the rotary movement of the crankshafts 48 into a rotary movement of the rotor 18 relative to the housing 10. The rotor rotation can be achieved by means of an output shaft 62, which is connected in one piece to the end face part 28 and is supported in the bearings 54, 56 of the housing covers 58, 60, is transmitted to a consumer.
Um die Arbeitskammern 30 gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse 10 abzudichten, sind an den entlang der Innenseite der Rotorwand 24 bewegten freien Enden der Kolben 22 sowie an den Stirnseiteπflächen der Kolben 22 und der Nabe 20 Dichtleisten 64 vorgesehen. Ein Druck¬ ausgleich zwischen den Arbeitskammern 30 bzw. ein Ent¬ weichen des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemischs über den Ringspalt 66 zwischen der Rotorumfangsflache 68 und der Gehäuseinnenfläche 70 wird durch die Öffnungen 74 der Kanäle 34 auf der Rotorumfangsflache 68 umschlie¬ ßende Dichtringe 72 verhindert, die jeweils in einer Ringnut 76 der Rotorwand 24 angeordnet sind und gegen die Gehäuseinnenfläche 70 anliegen.In order to seal the working chambers 30 against each other and against the housing 10, sealing strips 64 are provided on the free ends of the pistons 22 moving along the inside of the rotor wall 24 and on the end faces of the pistons 22 and the hub 20. A pressure equalization between the working chambers 30 or a escape of the compressed fuel-air mixture via the annular gap 66 between the rotor peripheral surface 68 and the inner housing surface 70 is through the openings 74 of the channels 34 on the rotor circumferential surface 68 enclosing sealing rings 72, which are each arranged in an annular groove 76 in the rotor wall 24 and bear against the inner surface 70 of the housing.
Die in den Ringnuten 76 radial verschiebbar eingesetz¬ ten Dichtringe 72 bestehen aus einem Keramikmaterial großer Härte wie Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid und werden mit ihrer geschliffenen oder polierten, der Run¬ dung der Gehäuseinnenfläche 70 angepaßten Gleitfläche 78 gegen die mit einer verschleißfesten Beschichtung 80 versehene Gehäuseinnenfläche 70 angepreßt.The sealing rings 72, which are inserted radially displaceably in the ring grooves 76, consist of a ceramic material of great hardness such as silicon nitride or silicon carbide and, with their ground or polished sliding surface 78 adapted to the curvature of the housing inner surface 70, against the housing inner surface 70 provided with a wear-resistant coating 80 pressed.
Das Anpressen der Dichtringe 72 erfolgt einmal durch eine in die Ringnut eingelegte Feder 82. Während der Kompression des Kraftstoff-Luft-Gemischs und während der Expansion der komprimierten Verbrennungsgase wird die dem Grund 84 der Ringnut 76 zugewandte Stirnfläche 86 des Dichtrings 72 über den Spalt 66 und über eine zwi¬ schen der Innenflanke 88 der Ringnut 76 und dem Dicht¬ ring 72 freibleibenden Ringspalt 89 vom Kanal 34 her mit dem in der Arbeitskammer 30 herrschenden Überdruck beaufschlagt, so daß die Anpreßkraft der Feder 82 ver¬ stärkt wird.The sealing rings 72 are pressed on once by a spring 82 inserted into the annular groove. During the compression of the fuel-air mixture and during the expansion of the compressed combustion gases, the end face 86 of the sealing ring 72 facing the base 84 of the annular groove 76 becomes via the gap 66 and an annular gap 89, which remains free between the inner flank 88 of the annular groove 76 and the sealing ring 72, is acted upon by the overpressure prevailing in the working chamber 30 from the channel 34, so that the contact pressure of the spring 82 is increased.
Die Beschichtung 80 auf der Gehäuseinnenfläche 70 kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine 3/10 bis 4/10 mm starke .plasmagespritzte Beschichtung aus Chromoxid in Kombination mit Keramikdichtringen aus Silicium- carbid oder eine 2/10 bis 3/10 mm starke, elektro- lytisch aufgebrachte Beschichtung aus Nickel mit einge¬ lagerten Siliciumcarbid-Kristallen (Nikasil) zusammen mit Dichtringen aus Siliciumnitrid gute Laufeigenschaften und einen geringen Verschleiß gewährleisten.The coating 80 on the inner surface 70 of the housing can consist of different materials. However, it has been shown that a 3/10 to 4/10 mm thick plasma-sprayed coating made of chromium oxide in combination with ceramic sealing rings made of silicon carbide or a 2/10 to 3/10 mm thick, electro- lyolytically applied coating made of nickel with embedded silicon carbide crystals (Nikasil) together with sealing rings made of silicon nitride ensure good running properties and low wear.
Der in Fig. 3 dargestellte Dichtring 72 weist einen kreisförmigen Umriß auf und ist zusammen mit einer Wel¬ lenfeder 82, einem auf der Wellenfeder 82 aufliegenden, einseitig geschlitzten Federring 90 und einem zwischen Federring 90 und Dichtring 72 angeordneten geschlosse¬ nen Zwischenring 92 in eine Ringnut 76 eingesetzt, die an ihrer Außenflanke 94 eine vom Nutgrund 84 abgewandte Ringschulter 96 aufweist. Der Durchmesser der Ringnut 76 ist an ihrer Innenflanke 88 geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Dichtrings 72, des Zwischen¬ rings 92 und des Federrings 90, so daß das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch bzw. das expandierende, unter Druck stehende Abgas vom Kanal 34 her zwischen den Grund 84 der Ringnut 76 und die dem Grund 84 der Ring¬ nut 76 zugewandte Unterseite des Federrings 90 eindrin¬ gen kann. Der Federring 90 liegt dichtend gegen die Außenflanke 94 der Ringnut 76 an und blockiert dadurch einen Austritt des Gemischs bzw. der Abgase nach außen. Der auf der Oberseite des Federrings 90 aufliegende Zwischenring 92 überdeckt den Schlitz des Federrings 90, so daß dort nur eine sehr geringe Gasmenge durch¬ treten kann. Diese Gasmenge wird aufgrund des sehr en¬ gen Spaltes zwischen der Stirnseitenfläche 86 des Dichtrings 72 und der Ringschulter 96 weiter reduziert.The sealing ring 72 shown in FIG. 3 has a circular outline and, together with a shaft spring 82, a spring ring 90 slotted on one side on the shaft spring 82, and a closed intermediate ring 92 arranged between the spring ring 90 and the sealing ring 72, are in one Annular groove 76 used, which has on its outer flank 94 an annular shoulder 96 facing away from the groove base 84. The diameter of the annular groove 76 on its inner flank 88 is slightly smaller than the inner diameter of the sealing ring 72, the intermediate ring 92 and the spring ring 90, so that the compressed fuel-air mixture or the expanding, pressurized exhaust gas from the channel 34 can penetrate between the bottom 84 of the annular groove 76 and the underside of the spring ring 90 facing the bottom 84 of the annular groove 76. The spring ring 90 lies sealingly against the outer flank 94 of the annular groove 76 and thereby blocks the mixture or the exhaust gases from escaping to the outside. The intermediate ring 92 resting on the upper side of the spring ring 90 covers the slot of the spring ring 90, so that only a very small amount of gas can pass through there. This amount of gas is further reduced due to the very narrow gap between the end face 86 of the sealing ring 72 and the ring shoulder 96.
Die Ringschulter 96 in der Ringnut 76 ermöglicht es, die Wandstärke des Keramikdichtrings 72 relativ groß auszubilden und dadurch die Bruchgefahr zu reduzieren, ohne durch eine Vergrößerung der vom Gasdruck beauf¬ schlagten Fläche die auf den Keramikdichtring 72 wir¬ kende Anpreßkraft und damit die Gleitreibung zwischen Dichtring 72 und Gehäuseinnenfläche 70 zu erhöhen. Gleichzeitig läßt sich der Dichtring 72 relativ flach ausbilden, wodurch bei einem im Betrieb geringfügig verzogenen Dichtring 72 die elastische Anpassung der Gleitfläche 78 an die Gehäuseinnenfläche 70 erleichtert wird.The annular shoulder 96 in the annular groove 76 enables to make the wall thickness of the ceramic sealing ring 72 relatively large and thereby reduce the risk of breakage without increasing the contact pressure acting on the ceramic sealing ring 72 and thus the sliding friction between the sealing ring 72 and the inner housing surface 70 by increasing the area exposed to the gas pressure. At the same time, the sealing ring 72 can be made relatively flat, as a result of which the elastic adaptation of the sliding surface 78 to the housing inner surface 70 is facilitated in the case of a sealing ring 72 which is slightly warped during operation.
Der Innendurchmesser der Dichtringe 72 ist größer als die lichte Weite der Ein- und Auslaßöffnungen 14,16, so daß die Dichtringe 72 beim Passieren der Ein- und Aus¬ laßöffnungen mit einem Teilbereich ihrer Gleitfläche 78 gegen die Gehäuseinnenfläche 70 anliegen. The inner diameter of the sealing rings 72 is larger than the clear width of the inlet and outlet openings 14, 16, so that the sealing rings 72 abut a portion of their sliding surface 78 against the housing inner surface 70 when they pass the inlet and outlet openings.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Rotatioπskolbenverbrennungskraftmaschine mit einem eine zylindrische Innenfläche und radiale Ein- und Auslaßöffnungen (14,16) aufweisenden Gehäuse (10), mit einem innerhalb des Gehäuses (10) mit gleich¬ förmiger Geschwindigkeit umlaufenden, eine zylind¬ rische Umfangsfläche (68) aufweisenden Rotor (18), mit mehreren im Winkelabstand voneinander radial über eine mit ungleichförmiger Geschwindigkeit kon¬ zentrisch zum Rotor (18) umlaufende Nabe (20) über¬ stehenden, in Arbeitskammern (30) innerhalb des Rotors (18) eingreifenden und über mindestens ein Kurbelgetriebe mit dem Rotor (18) gekoppelten Kol¬ ben (22) , und mit die Rotorwand (24) durchsetzen¬ den, die Arbeitskammerπ (30) abwechselnd mit den Ein- und Auslaßöffnungen (14,16) des Gehäuses (10) verbindenden Kanälen (34) , deren gehäuseseitige Öffnungen (74) durch in der Rotorwaπd (24) angeord¬ nete, gegen die Gehäuseinnenfläche (70) anliegende Dichtringe (72) umschlossen sind, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die in Ringnuten (76) der Rotorwand (24) angeordneten Dichtringe (72) aus einem Kera¬ mikmaterial bestehen, eine geschliffene und/oder polierte, der gekrümmten Innenfläche (70) des Ge¬ häuses (10) angepaßte Gleitfläche (78) aufweisen und unter der Einwirkung je einer Feder (82) gegen die Innenfläche (70) des Gehäuses (10) anpreßbar sind. 1. Rotary piston internal combustion engine with a cylindrical inner surface and radial inlet and outlet openings (14, 16) having a housing (10), with a rotor rotating within the housing (10) at a uniform speed, having a cylindrical peripheral surface (68) (18), with several at an angular distance from each other radially over a hub (20) which rotates concentrically to the rotor (18) at a non-uniform speed, engaging in working chambers (30) within the rotor (18) and with at least one crank mechanism the piston (22) coupled to the rotor (18) and with the rotor wall (24) penetrating the channels (34) alternately connecting the working chamber (30) with the inlet and outlet openings (14, 16) of the housing (10) ), the housing-side openings (74) of which are enclosed by sealing rings (72) arranged in the rotor wall (24) and abutting against the housing inner surface (70), thereby marked t that the sealing rings (72) arranged in ring grooves (76) of the rotor wall (24) consist of a ceramic material, a ground and / or polished sliding surface (78) adapted to the curved inner surface (70) of the housing (10) ) and can be pressed under the action of a spring (82) against the inner surface (70) of the housing (10).
2. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine nach An¬ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramik¬ material eine Mohshärte von über 8,5, vorzugsweise von 9 bis 9,5 aufweist.2. Rotary piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the Keramik¬ material has a Mohs hardness of over 8.5, preferably from 9 to 9.5.
3. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine nach An¬ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das3. Rotary piston internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the
Keramikmaterial aus Siliciumnitrid oder aus Sili¬ ciumcarbid besteht.Ceramic material consists of silicon nitride or silicon carbide.
4. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (70) des Gehäuses (10) mit einer verschleißfesten Beschichtung (10) vorzugsweise aus Chromoxid oder aus Nickel mit eingelagerten Silici¬ umcarbid-Kristallen (Nikasil) versehen ist.4. Rotary piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner surface (70) of the housing (10) is provided with a wear-resistant coating (10) preferably made of chromium oxide or nickel with embedded silicon carbide crystals (Nikasil) .
5. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (76) und der Dichtring (72) einen kreis¬ förmigen Umriß aufweisen.5. Rotary piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the annular groove (76) and the sealing ring (72) have a circular outline.
6. Rotationskolbeπverbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (78) im Bereich ihrer äußeren und inneren Kante umlaufend angefast oder abgerundet ist.6. Rotationskolbeπverbrennkraftkraftmaschine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the sliding surface (78) is chamfered or rounded all around in the region of its outer and inner edge.
7. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Dichtring (72) und dem Grund (84) der Ringnut (76) eine vorzugsweise als Wellenfeder aus¬ gebildete Feder (82) angeordnet ist.7. Rotary piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that Between the sealing ring (72) and the base (84) of the annular groove (76), a spring (82), preferably designed as a wave spring, is arranged.
8. Rotatioπskolbenverbrennungskraftmaschine nach An¬ spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Dichtriπg (72) und der Feder (82) ein einseitig ge¬ schlitzter Federring (90) angeordnet ist.8. Rotatioπskolbenverbrennkraftkraftmaschine according to An¬ claim 7, characterized in that between the sealing (72) and the spring (82) a one-sided slotted spring washer (90) is arranged.
9. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine nach An¬ spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Feder¬ ring (90) dichtend gegen die Außenflanke (94) der Ringnut (76) anliegt.9. Rotary piston internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the Feder¬ ring (90) sealingly against the outer flank (94) of the annular groove (76).
10. Rotationskolbenverbrennuπgskraftmaschine nach An¬ spruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwi¬ schen dem Dichtring (72) und dem Federring (90) ein geschlossener, den Schlitz des Federrings (90) überdeckender Zwischenring (92) aus Metall oder Keramikmaterial angeordnet ist.10. Rotationskolbenverbrennuπgskraftmaschine according to claim 8 or 9, characterized in that between the sealing ring (72) and the spring ring (90) a closed, the slot of the spring ring (90) covering intermediate ring (92) made of metal or ceramic material is arranged .
11. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ringnut (76) im Bereich ihrer Innenflanke (88) kleiner ist als der des in der Ringnut (76) angeordneten Dichtrings (72) , Feder¬ rings (90) und/oder Zwischenrings (92) .11. Rotary piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the diameter of the annular groove (76) in the region of its inner flank (88) is smaller than that of the sealing ring (72) arranged in the annular groove (76), spring rings ( 90) and / or intermediate ring (92).
12. Rotatioπskolbenverbreπnungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (76) an ihrer Außenflanke (94) eine vom Nutgrurid (84) abgewandte Ringschulter (96) aufweist12. Rotatioπskolbenverbreπnungskraftmaschine according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the annular groove (76) on its outer flank (94) one of the Nutgrurid (84) facing away from the ring shoulder (96)
13. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschiπe nach An¬ spruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dicht¬ ring (72) eine größere Breite als der Zwischenring (92) aufweist und mit seiner dem Nutgrund (84) zu¬ gewandten Stirnseitenfläche (86) die Ringschulter (96) zumindest teilweise übergreift.13. Rotary piston internal combustion engine according to claim 12, characterized in that the sealing ring (72) has a greater width than the intermediate ring (92) and with its end face (86) facing the groove base (84) the annular shoulder (96) overlaps at least partially.
14. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (72) als Stufenring ausgebildet ist und die Ringschulter übergreift.14. Rotary piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 13, characterized in that the sealing ring (72) is designed as a stepped ring and engages over the annular shoulder.
15. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (72) unmittelbar auf dem Federring (90) aufliegt.15. Rotary piston internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the sealing ring (72) rests directly on the spring ring (90).
16. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite der Ein- und Auslaßöffnungen (14, 16) zumindest in axialer Richtung kleiner als der Innendurchmesser der Dichtringe (72) ist. 16. Rotary piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 15, characterized in that the clear width of the inlet and outlet openings (14, 16) is at least in the axial direction smaller than the inner diameter of the sealing rings (72).
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