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DE102004020042A1 - Compact rotary IC engine has a cylindrical rotor with shaped combustion chambers between inlet and outlet plates rotating inside a stator - Google Patents

Compact rotary IC engine has a cylindrical rotor with shaped combustion chambers between inlet and outlet plates rotating inside a stator Download PDF

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DE102004020042A1
DE102004020042A1 DE102004020042A DE102004020042A DE102004020042A1 DE 102004020042 A1 DE102004020042 A1 DE 102004020042A1 DE 102004020042 A DE102004020042 A DE 102004020042A DE 102004020042 A DE102004020042 A DE 102004020042A DE 102004020042 A1 DE102004020042 A1 DE 102004020042A1
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German (de)
Inventor
Fabio Tinagli
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/14—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid characterised by the arrangement of the combustion chamber in the plant
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/34—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by non-bladed rotor, e.g. with drilled holes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

A compact rotary IC engine has a cylindrical rotor (5) with shaped combustion chambers mounted on a drive shaft (4) and rotating inside a stator (3) with correspondingly shaped combustion chambers (10). The rotor is fitted between plates (2, 6) with inlet (12) and outlet (11) apertures for the gas flows to and from the combustion chambers. A two part housing (1, 7) encloses the engine with bearings (14) for the drive shaft and with fixed apertures (8, 9) for the inlet and outlet gas flows. The design combines the advantages of a low speed piston engine with the minimum moving parts of a turbine engine.

Description

Es ist bekannt, daß Kolbenmotoren (Ottomotoren) wegen der großen auftretenden Lagerkräfte nur begrenzt für hohe Drehzahlen geeignet sind und eine höhere Leistung hauptsächlich durch größeren Hubraum anstatt durch höhere Drehzahlen erreicht werden kann. Weiterhin weist der Kolbenmotor viele bewegte Teile auf, die in Reibung zueinander stehen und so verschleißen sowie den Wirkungsgrad herabsetzen.It It is known that piston engines (Gasoline engines) because of the large occurring bearing forces only limited for high speeds are suitable and higher performance mainly due to larger displacement instead of higher ones Speeds can be achieved. Furthermore, the piston engine many moving parts that are in friction with each other and so on wear out and reduce the efficiency.

Die Leistungsdichte bei Turbinen ist deutlich größer, jedoch sind bei diesen extrem hohe Drehzahlen und Temperaturen notwendig, damit der Enthalpiegewinn der Luft durch Verdichtung und Erwärmung in der Brennkammer ausreichen, um sowohl den Verdichter selbst anzutreiben als auch einen entnehmbaren Leistungsüberschuß zu liefern.The Turbine power density is significantly higher, but these are extremely high speeds and temperatures necessary, so the enthalpy gain sufficient air through compression and heating in the combustion chamber, to drive both the compressor itself and a removable one To deliver performance surplus.

Die im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung verbindet die Vorteile eines Kolbenmotors wie

  • – Niedrige Minimum Drehzahl
  • – Relativ niedrige Temperaturen durch nicht-permanente Verbrennung
und der Turbine wie
  • – Geringer Verschleiß
  • – Geringe Vibration durch Rotationssymmetrie der bewegten Teile um die Drehachse
  • – Hohe Leistungsdichte
  • – Einfach zu skalierende Leistungsabgabe durch weites nutzbares Drehzahlband
The specified in claim 1 invention combines the advantages of a piston engine as
  • - Low minimum speed
  • - Relatively low temperatures due to non-permanent combustion
and the turbine like
  • - Low wear
  • - Low vibration due to rotational symmetry of the moving parts about the axis of rotation
  • - High power density
  • - Easily scalable power output through wide usable speed range

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 1 bis 6 gezeigt und wird im Folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the 1 to 6 and will be described in more detail below.

In einem Stator (3), der über mehrere über den Umfang angeordnete Einzelbrennkammern (10) verfügt, dreht sich ein zylindrischer, beschaufelter Rotor (5). Mit dem Rotor sind Steuerscheiben (2, 6) für Kraftstoff/Luft-Gemisch Einspritzung und Abgasausstoß verbunden, die die zeitliche Abfolge von Kraftstoff/Luft-Gemisch Einspritzung und Abgasausstoß durch Freigabe der Krafstoffzufuhr(8)- und Abgasausstoßöffnungen (9) in einem Gehäuse (1, 7) regeln.In a stator ( 3 ) arranged over a plurality of circumferentially spaced individual combustion chambers ( 10 ), a cylindrical, bladed rotor rotates ( 5 ). With the rotor are control discs ( 2 . 6 ) for fuel / air mixture injection and exhaust emission, which is the chronological order of fuel / air mixture injection and exhaust emissions by release of fuel supply ( 8th ) and exhaust gas discharge openings ( 9 ) in a housing ( 1 . 7 ) regulate.

Der Rotor ist mit einer Welle (4) verbunden, die in den beiden Gehäuseteilen (1, 7) mit Wälz- und/oder Gleitlagern (14) gelagert ist, und über die die erzeugte Leistung abgegriffen werden kann.The rotor is with a shaft ( 4 ), which in the two housing parts ( 1 . 7 ) with rolling and / or plain bearings ( 14 ) is stored, and over which the generated power can be tapped.

In 6 ist detailliert die Abdichtung zwischen Gehäuse, Steuerscheiben Stator dargestellt. Die Dichtung zwischen dem Gehäuse (1, 7), der Brennkammer (10) im Stator (3) und der Einspritz (6) – und Abgasausstoßsteuerscheibe (2) ist derart realisiert ist, daß im Gehäuse (1, 7) vor den Einspritz (8) – und Abgasaustoßöffnungen (9) einerseits und im Stator (3) vor den Brennkammern (10) andererseits, Hohlzylinder (16) durch Federn (15) vorgespannt werden und diese von beiden Seiten gegen die Steuerscheiben (2, 6) drücken und so den Spalt zwischen Gehäuse (1, 7), den Steuerscheiben (2, 6) und dem Rotor (3) abdichten.In 6 is detailed the seal between housing, control discs stator shown. The seal between the housing ( 1 . 7 ), the combustion chamber ( 10 ) in the stator ( 3 ) and the injection ( 6 ) And exhaust emission control disk ( 2 ) is realized in such a way that in the housing ( 1 . 7 ) before injection ( 8th ) And exhaust gas outlets ( 9 ) on the one hand and in the stator ( 3 ) in front of the combustion chambers ( 10 ) On the other hand, hollow cylinder ( 16 ) by springs ( 15 ) are biased and these from both sides against the control discs ( 2 . 6 ) and thus the gap between housing ( 1 . 7 ), the control discs ( 2 . 6 ) and the rotor ( 3 ) seal.

Ein Verbrennungszyklus in einer Brennkammer des Motors läuft wie folgt ab

  • 1) Einspritzen des Kraftstoff/Luft-Gemisches (3) Bei der in 3 dargestellten Stellung von Rotor (5) zu Stator (3), öffnet die Einspritzsteuerscheibe (6) die Enspritzöffnung (8) im einspritzseitigen Gehäuseteil (7). D.h., die Einspritzöffnung (8) von einspritzseitigem Gehäuse (7), die Öffnung (11) in der Einspritzsteuerscheibe (6) und die Brennkammer (10) liegen in einer Reihe, und unter Druck stehendes Kraftstoff/Luft-Gemisch kann in die Brennkammer strömen. Auf der Auslaßseite dichtet die Auslaßsteuerscheibe (2) zu diesem Zeitpunkt die Abgasausstoßöffnung (9) im auslaßseitigen Gehäuseteil (1) ab.
  • 2) Zündung (4) Durch die weitere Drehung des Rotors (5) verschließt die Einspritzsteuerscheibe (6) die Einspritzöffnung (8) einerseits und die Auslaßsteuerscheibe (2) die Abgasaustoßöffnungen (9) andererseits und es befindet sich zündfähiges, verdichtetes Gemisch in den Brennkammern, welches von einer Zündkerze (13) entzündet wird. Der Rotor (5) wird dabei durch die gerichtet expandierenden Verbrennungsgase in Drehrichtung beschleunigt.
  • 3) Ausstoßen der Verbrennungsgase (5) Durch die weitere Drehung des Rotors (5) liegen zu einem bestimmten Zeitpunkt die Brennkammer (10), die Öffnung (12) in der Auslaßsteuerscheibe (2) und die Abgasausstoßöffnung (9) im auslaßseitigen Gehäuse (1) in einer Linie. Der Ausstoß der Verbrennungsgase geschieht freiwillig durch den noch vorhandenen Druck in der Brennkammer.
A combustion cycle in a combustion chamber of the engine proceeds as follows
  • 1) Injection of the fuel / air mixture ( 3 ) At the in 3 represented position of rotor ( 5 ) to stator ( 3 ), opens the injection control disc ( 6 ) the injection orifice ( 8th ) in the injection-side housing part ( 7 ). Ie, the injection opening ( 8th ) of injection-side housing ( 7 ), the opening ( 11 ) in the injection control disk ( 6 ) and the combustion chamber ( 10 ) are in line, and pressurized fuel / air mixture can flow into the combustion chamber. On the outlet side, the exhaust control disc seals ( 2 ) at this time the exhaust port ( 9 ) in the outlet-side housing part ( 1 ).
  • 2) Ignition ( 4 ) By further rotation of the rotor ( 5 ) closes the injection control disk ( 6 ) the injection opening ( 8th ) on the one hand and the exhaust control disk ( 2 ) the exhaust outlet openings ( 9 On the other hand, and there is an ignitable, compressed mixture in the combustion chambers, which from a spark plug ( 13 ) is ignited. The rotor ( 5 ) is thereby accelerated by the directed expanding combustion gases in the direction of rotation.
  • 3) expelling the combustion gases ( 5 ) By further rotation of the rotor ( 5 ) are at a certain time the combustion chamber ( 10 ), the opening ( 12 ) in the exhaust control disk ( 2 ) and the exhaust port ( 9 ) in the outlet-side housing ( 1 ) in a line. The emission of the combustion gases happens voluntarily by the remaining pressure in the combustion chamber.

Der oben beschriebene Verbrennungszyklus läuft jeweils bei jeder zweiten der Brennkammern phasensynchron ab, während in den beiden daneben liegenden Brennkammern der entgegengesetzte Vorgang stattfindet. D.h., wenn in einer betrachteten Brennkammer Gemisch eingespritzt wird, wird Abgas aus den beiden benachbarten Brennkammern ausgestoßen.Of the The combustion cycle described above runs every second the combustion chambers phase synchronously, while in the two adjacent Combustion chambers of the opposite process takes place. That is, if In a considered combustion chamber mixture is injected Exhaust gas expelled from the two adjacent combustion chambers.

Ein von dem Motor angetriebener Kompressor oder Abgasturbolader sorgt für die notwendige Vorverdichtung des Frischgases.One engine-driven compressor or turbocharger provides for the necessary pre-compression of the fresh gas.

Claims (3)

Verbrennungsmotor mit Rotationskolben, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein beschaufelter, zylindrischer Rotor auf einer Welle in mindestens einem Stator mit mindestens einer Brennkammer läuft, wobei die Einspritzung von Kraftstoff/Luft-Gemisch und der Ausstoß der Abgase zeitlich geregelt wird und die Explosion in den Brennkammern gerichtet und zeitlich koordiniert auf die Schaufeln des Rotors erfolgt.Internal combustion engine with rotary piston, characterized in that at least one bladed, cylindrical rotor runs on a shaft in at least one stator with at least one combustion chamber, wherein the injection of fuel / air mixture and the emission of the exhaust gases is regulated in time and the explosion in the combustion chambers directed and coordinated in time takes place on the blades of the rotor. Verbrennungsmotor mit Rotationskolben nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Zufuhr von Kraftstoff/Luft-Gemisch in die Brennkammern und das Ausstoßen der Verbrennungsgase aus den Brennkammern durch mindestens eine Einspritzsteuerscheibe mit Einspritzöffnungen und mindestens einer Abgasausstoßsteuerscheibe mit Abgasaustoßöffnungen geregelt ist, die jeweils fest mit dem Rotor verbunden sind und sich mit diesem im Stator drehen, wobei diese Steuerscheiben die Einspritzöffnungen im einspritzseitigen Gehäuseteil für die Einspritzung von Kraftstoff/Luft-Gemisch und die Abgasaustoßöffnungen im auslaßseitigen Gehäuseteil für den Abgasausstoß zyklisch freigeben und verschließen. Internal combustion engine with rotary piston according to claim 1, characterized in that the controller the supply of fuel / air mixture into the combustion chambers and the expel the combustion gases from the combustion chambers through at least one Injection control disk with injection openings and at least one Exhaust emission control disc with exhaust openings is regulated, each of which is firmly connected to the rotor and to rotate with this in the stator, these control discs the Injection ports in the injection-side housing part for the Injection of fuel / air mixture and the exhaust vents in the outlet side housing part for the Exhaust emissions cyclically release and close. Verbrennungsmotor mit Rotationskolben nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung zwischen dem Gehäuse, der Brennkammer im Stator und der Einspritzund Abgasausstoßsteuerscheibe derart realisiert ist, daß im Gehäuse vor den Einspritz- und Abgasaustoßöffnungen einerseits und im Stator vor den Brennkammern andererseits, Hohlzylinder durch Federn vorgespannt werden und diese von beiden Seiten gegen die Steuerscheiben drücken und so den Spalt zwischen Gehäuse, den Steuerscheiben und dem Stator, bzw. den Brennkammern abdichten.Internal combustion engine with rotary piston according to claim 1 and 2, characterized in that the seal between the Casing, the combustion chamber in the stator and the injection and Abgasausstoßsteuerscheibe realized in such a way that in casing before the injection and exhaust openings on the one hand and in Stator in front of the combustion chambers on the other hand, hollow cylinder by springs be biased and these from both sides against the control discs to press and so the gap between housing, the control discs and the stator, or the combustion chambers seal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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