DE102007026598B4

DE102007026598B4 - Rotary piston internal combustion engine

Info

Publication number: DE102007026598B4
Application number: DE200710026598
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Luebbe Manfred Dipl-Ing De
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2027-06-09
Also published as: DE102007026598A1

Abstract

Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse (B), in dessen Innenraum auf einer Exzenterwelle (10) gelagert ein Rotationskolben (2) umläuft und im Zusammenwirken mit der Gehäuseinnenfläche unter anderem wenigstens einen Brenn- und Expansionsraum bildet, wobei die den Brenn- und Expansionsraum bildenden Oberflächen von Gehäuse (B), Rotationskolben (2) und gegebenenfalls Seitenwänden oder Teilbereichen von Seitenwänden des Gehäuses (B) mit einer hochtemperaturfesten Wärmedämmschicht (5, 6) derart versehen sind, dass das Gehäusematerial und/oder das Rotationskolbenmaterial aufgrund der Erwärmung eine möglichst geringe Ausdehnung erfährt und diese Teile mit einer äußerst engen Paarungstoleranz derart gefertigt sind, dass sich die Spaltgröße zwischen dem Rotationskolben (2) und dem zugeordneten, umgebenden Gehäuse (B) auf wenige um reduzieren lässt, wobei der Abgaskanal ebenfalls mit einer hochtemperaturfesten Wärmedämmschicht versehen ist, wobei die Wärmedämmschicht eine Oxydkeramik, wie yttriumoxid-teilstabilisiertes Zirkoniumoxid (ZRO2 + 4 mol%Y2O3) eine Pyrocholstruktur (La2Zr2O7) oder Perowskit (BaZrO3) oder Aluminiumtitanat, ein Metall-Glas-Komposit oder eine Multilayerschicht aufweist, wobei mittels einer Abgasturbine sowie eines damit verbundenen Generators die Energie des Abgases in elektrische Energie umwandelbar ist.Rotary piston internal combustion engine with a housing (B), in the interior of which, on an eccentric shaft (10), a rotary piston (2) rotates and, in cooperation with the inner surface of the housing, forms, among other things, at least one combustion and expansion space, the combustion and expansion space forming the space Surfaces of the housing (B), rotary piston (2) and optionally side walls or partial areas of side walls of the housing (B) are provided with a high-temperature-resistant thermal insulation layer (5, 6) in such a way that the housing material and / or the rotary piston material are as small as possible due to the heating Experiences expansion and these parts are manufactured with an extremely close mating tolerance such that the gap size between the rotary piston (2) and the associated surrounding housing (B) can be reduced to a few microns, the exhaust duct also being provided with a high-temperature-resistant thermal insulation layer, where the Wärmedä mm layer has an oxide ceramic, such as yttrium oxide partially stabilized zirconium oxide (ZRO2 + 4 mol% Y2O3), a pyrochol structure (La2Zr2O7) or perovskite (BaZrO3) or aluminum titanate, a metal-glass composite or a multilayer layer, using an exhaust gas turbine and a generator connected to it the energy of the exhaust gas can be converted into electrical energy.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine, welche in üblicher Weise ein Gehäuse und gegebenenfalls äußere Seitenteile umfasst, in dessen Innenraum auf einer Exzenterwelle gelagert ein Rotationskolben, vorzugsweise mit dreieckförmigem Umriss, umläuft und im Zusammenwirken mit der Gehäuseinnenfläche unter anderem wenigstens einen Brenn- und Expansionsraum bildet.The invention relates to a rotary piston internal combustion engine, which conventionally comprises a housing and optionally outer side parts, in the interior of which is mounted on an eccentric shaft rotates a rotary piston, preferably with a triangular outline, and at least one combustion piston in cooperation with the housing inner surface and expansion space forms.

Eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine der üblichen Bauart ist beispielsweise aus DE 42 03 091 C1 bekannt, und diese bekannten Rotationskolben-Brennkraftmaschinen sind sowohl mit indirekter als auch mit direkter Kraftstoffeinspritzung für Benzin und Diesel betreibbar.A rotary piston internal combustion engine of the conventional type is for example off DE 42 03 091 C1 are known, and these known rotary piston internal combustion engines are operable with both indirect and direct fuel injection for gasoline and diesel.

In DE 26 30 805 A1 ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art beschrieben, bei der durch die Minimierung des Abstandes zwischen dem Gehäusemantel und dem Kolben eine gewisse Dichtwirkung erzielt werden soll, was aber bei der Berücksichtigung der beim Einsatz einer solchen Rotationskolben-Brennkraftmaschine auftretenden Wärmedehnungen von Gehäuse und Kolben immer so verwirklicht werden muss, dass eine unmittelbare Materialberührung vermieden wird, wozu stets ein vorbestimmter Abstand eingehalten werden muss, welcher zu einem Spalt führt, welcher gesondert abgedichtet werden muss.In DE 26 30 805 A1 is a rotary piston internal combustion engine of the generic type described in which by minimizing the distance between the housing shell and the piston a certain sealing effect is to be achieved, but always in the consideration of the occurring during use of such a rotary piston internal combustion engine thermal expansion of the housing and piston must be realized so that an immediate material contact is avoided, for which always a predetermined distance must be maintained, which leads to a gap, which must be sealed separately.

In DE 101 35 205 A1 ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine beschrieben, bei der das Gehäuse wenigstens teilweise aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere einem Keramikmaterial, bestehen kann, welches günstige Verschleiß-, Korrosions- und Härteeigenschaften besitzt und eine geringe Wärmeausdehnung bei gleichzeitig geringer Wärmekapazität hat. Hierdurch erhält man im Wesentlichen lediglich einen verbesserten Oberflächenschutz.In DE 101 35 205 A1 a rotary piston internal combustion engine is described in which the housing may be at least partially made of a material with low thermal conductivity, in particular a ceramic material, which has favorable wear, corrosion and hardness properties and has a low thermal expansion with low heat capacity. As a result, essentially only improved surface protection is obtained.

Aus GB 243 630 A ist ein Rotationskolbenmotor mit einem Gehäuse bekannt, in dessen Innenraum auf einer Exzenterwelle gelagert ein Rotationskolben umläuft und im Zusammenwirken mit der Gehäuseinnenfläche unter anderem wenigstens einen Brenn- und einen Expansionsraum bildet, wobei die den Brenn- und Expansionsraum bildenden Oberflächen von Gehäuse, Rotationskolben und gegebenenfalls Seitenwänden oder Teilbereiche von Seitenwänden des Gehäuses mit einer hochtemperaturfesten Wärmeschicht derart versehen sind, dass das Gehäusematerial und/oder das Rotationskolbenmaterial aufgrund der Erwärmung eine möglichst geringe Ausdehnung erfährt und diese Teile mit einer äußerst engen Paarungstoleranz gefertigt sind.Out GB 243 630 A is a rotary piston engine with a housing known in the interior of which is mounted on an eccentric rotates a rotary piston and forms in cooperation with the housing inner surface, inter alia at least one combustion and an expansion space, wherein the combustion and expansion space forming surfaces of the housing, rotary piston and optionally Side walls or portions of side walls of the housing are provided with a high temperature resistant heat layer such that the housing material and / or the rotary piston material undergoes the least possible expansion due to the heating and these parts are made with a very close mating tolerance.

Aus Lugscheider, E., Bobzin, K. and Lackner, K.: ”Lanthanzirkonat: ein innovatives Wärmedämmschichtmaterial. Lanthanum zirconate: an innovative Thermal Barrier Material. Vakuum in Forschung und Praxis 16, Weinheim: 2004, 2004 (16). 170-175-ISBN DOI: 10.1002/vipr.200400229 ist es bekannt, dass insbesondere Hydriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid, Pyrochlorstruktur, Perowskit, Aluminiumtitanat, Metall-Glas-Komposit oder Multilayerschichten als Wärmedämmschichtmaterial in Fluggasturbinen Verwendung finden. Auch bei hohen Betriebstemperaturen beweisen sie zuverlässig lange Betriebsdauern.From Lugscheider, E., Bobzin, K. and Lackner, K .: "Lanthanum zirconate: an innovative thermal barrier coating material. Lanthanum zirconate: innovative thermal barrier material. Vacuum in Research and Practice 16, Weinheim: 2004, 2004 (16). 170-175-ISBN DOI: 10.1002 / vipr.200400229 it is known that in particular hydrous oxide-stabilized zirconium oxide, pyrochlore structure, perovskite, aluminum titanate, metal-glass composite or multilayer coatings are used as thermal barrier coating material in aircraft gas turbines. Even at high operating temperatures, they reliably prove long service life.

Aus US 4 021 163 A ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine bekannt, welche wärmeisolierende Einrichtungen im Gehäuse und den Stirnwandungen hat, wobei es sich um metallische Auskleidungsschichten beispielsweise aus Hartchrom handeln kann. Diese Auskleidungen und Beschichtungen verfolgen den Zweck, mögliche Gastemperaturverringerungen zu vermeiden und zu unterdrücken.Out US 4 021 163 A For example, a rotary piston internal combustion engine is known which has heat insulating means in the housing and the end walls, which may be metallic lining layers, for example of hard chrome. These linings and coatings have the purpose of avoiding and suppressing potential gas temperature reductions.

Aus DE 10 2004 051 453 A1 ist eine Rotationskolbenmaschine bekannt, welche derart ausgelegt ist, dass sie entweder hohe Drücke zum Beispiel für ein Nutzfahrzeug-Bordnetz für einen Hilfsantrieb für Abgasturbolader zur Verfügung stellen kann. Hierbei ist im Abgasstrang der Brennkraftmaschine eine Abgasturbine angeordnet.Out DE 10 2004 051 453 A1 a rotary piston machine is known, which is designed so that it can provide either high pressures, for example, for a commercial vehicle electrical system for an auxiliary drive for exhaust gas turbochargers available. Here, an exhaust gas turbine is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine.

Aus EP 0 141 634 A2 ist es bekannt, in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors eine Abgasturbine und einen Generator einzubinden. Hierbei soll das Abgas des Verbrennungsmotors möglichst heiß sein. Daher wird eine wärmeisolierte Konstruktion des Motors sowie der Abgasleitungen vorgeschlagen.Out EP 0 141 634 A2 It is known to include in the exhaust system of an internal combustion engine, an exhaust gas turbine and a generator. Here, the exhaust gas of the engine should be as hot as possible. Therefore, a heat-insulated construction of the engine and the exhaust pipes is proposed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, welche vorzugsweise eine verbesserte Energieausbeute zur Erzielung einer verbesserten Kraftstoffausnutzung auf konstruktiv möglichst einfache Weise auch bei einem vielstofftauglichen Betrieb mit effektiver Energiebilanz gestattet.The invention has for its object to provide a rotary piston internal combustion engine of the generic type, which preferably allows an improved energy yield to achieve improved fuel efficiency in a structurally simple manner even with a fuel-efficient operation with effective energy balance.

Nach der Erfindung wird hierzu eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bereitgestellt.According to the invention, a rotary piston internal combustion engine with the features of claim 1 is provided for this purpose.

Bei der erfindungsgemäßen Rotationskolben-Brennkraftmaschine wird praktisch eine nahezu vollständige Wärmeisolation des Brenn- und Expansionsraums verwirklicht, da die hochtemperaturfeste Wärmedämmschicht einerseits einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und andererseits eine große Temperaturdifferenz zwischen der Oberflächentemperatur der Wärmedämmschicht und der Temperatur des Gehäusematerials und/oder des Rotationskolbenmaterials aufnehmen kann. So bewirkt bei der erfindungsgemäßen Rotationskolben-Brennkraftmaschine die Wärmedämmschicht, dass die raumsparenden Oberflächen des Gehäusematerials, des Rotationskolbens und gegebenenfalls der vorgesehenen Gehäuseseitenwände, welche beispielsweise aus einem metallischen Material bestehen, zweckmäßigerweise etwa 100°C nicht überschreitet. Die dem Brenn- und Expansionsraum zugewandte Oberfläche der Wärmedämmschicht hingegen kann eine Temperatur von wenigstens 400°C annehmen. Dank der nach der Erfindung vorgesehenen Wärmedämmschicht lassen sich somit die Temperaturausdehnungen am Gehäuse und Rotationskolben sehr klein halten und eine Spaltgröße zwischen dem Rotationskolben und dem zugeordneten, umgebenden Gehäuse lässt sich mit einer äußerst engen Paarungstoleranz fertigen, um diese Spaltgröße auf wenige μm zu reduzieren. Der bei der erfindungsgemäßen Auslegung mit der Wärmedämmschicht versehene Expansionsraum der Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung unterdrückt eine Ableitung der Wärmeenergie des entzündeten Gases, so dass diese Energie im Brenn- und Expansionsraum erhalten bleibt und zu einer Druckerhöhung genutzt werden kann, so dass sich auf diese Art und Weise bei gleicher Leistung ein verringerter Kraftstoffverbrauch mit einem damit verbundenen, entsprechend geringeren Schadstoffausstoß erzielen lässt. Zugleich kann man die höhere Energie im Abgas gegebenenfalls über Zusatzaggregate noch ergänzend für das Antriebssystem nutzen.In the rotary piston internal combustion engine according to the invention practically a virtually complete heat insulation of the combustion and expansion space is realized, since the high-temperature resistant thermal insulation layer on the one hand has a low coefficient of thermal expansion and on the other hand, a large temperature difference between the surface temperature of the Thermal insulation layer and the temperature of the housing material and / or the rotary piston material can accommodate. Thus, in the rotary piston internal combustion engine according to the invention, the thermal barrier coating, that the space-saving surfaces of the housing material, the rotary piston and possibly the housing side walls provided, which for example consist of a metallic material, suitably does not exceed about 100 ° C. By contrast, the surface of the thermal barrier coating facing the combustion and expansion chamber can assume a temperature of at least 400 ° C. Thanks to the thermal barrier coating provided according to the invention, the temperature expansions on the housing and rotary piston can thus be kept very small and a gap size between the rotary piston and the associated, surrounding housing can be manufactured with an extremely close pairing tolerance in order to reduce this gap size to a few μm. The provided in the inventive design with the thermal barrier coating expansion space of the rotary piston internal combustion engine according to the invention suppresses a derivative of the heat energy of the ignited gas, so that this energy is maintained in the combustion and expansion space and can be used to increase the pressure, so that on this For the same performance, a reduced fuel consumption can be achieved with a correspondingly lower emission of pollutants. At the same time, one can use the higher energy in the exhaust gas optionally via additional units in addition to the drive system.

Die hochtemperaturfeste Wärmedämmschicht weist eine Keramik-, einen Metall-Glas-Komposit oder eine Multilayerschicht auf. Insbesondere wird die Wärmedämmschicht von einer Oxidkeramik, wie yttriumoxid-teilstabilisiertes Zirkoniumoxid (ZrO₂ + 4 mol%Y₂O₃) einer Pyrocholstruktur (La₂Zr₂O₇), Perowskit (BaZrO₃) oder Aluminiumtitanat gebildet. Vorzugsweise besitzt die Wärmedämmschicht eine Schichtstärke von etwa 1 bis 2 mm. Bei derartigen Wärmedammschichtstarken lassen sich Temperaturdifferenzen von 800°C bis 1000°C realisieren.The high-temperature-resistant thermal barrier coating has a ceramic, a metal-glass composite or a multilayer coating. In particular, the thermal barrier coating is formed by an oxide ceramic such as yttria partially stabilized zirconia (ZrO ₂ + 4 mol% Y ₂ O ₃ ), a pyrocholic structure (La ₂ Zr ₂ O ₇ ), perovskite (BaZrO ₃ ) or aluminum titanate. Preferably, the thermal barrier coating has a layer thickness of about 1 to 2 mm. In such thermal barrier layer strong temperature differences of 800 ° C to 1000 ° C can be realized.

Zur Verbesserung der Energiebilanz der Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung ist auch der Abgasauslasskanal mit einer hochtemperaturfesten Wärmedämmschicht versehen. Hierdurch erhält man dann hochenergetische Abgase, welche sich mit Hilfe von nachgeschalteten Aggregaten, wie Gasturbinen oder dergleichen in nutzbare Energie umsetzen lassen. Die erfindungsgemäß vorgesehene Wärmedämmschicht hält einen großen Teil der bei üblichen Brennkraftmaschinen an das Kühlsystem abgegebenen Verbrennungsenergie zurück und daher kann diese zur Verbesserung der Energiebilanz der Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung bei ihrem Betrieb genutzt werden. Das Abgas der Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung wird über eine Kombination aus Abgasturbine und Generator geleitet und hierdurch die höhere Energie des Abgases in elektrische Energie umgewandelt und gespeichert.To improve the energy balance of the rotary piston internal combustion engine according to the invention, the exhaust gas outlet channel is provided with a high temperature resistant thermal barrier coating. As a result, high-energy exhaust gases are obtained, which can be converted into usable energy with the aid of downstream units, such as gas turbines or the like. The inventively provided thermal barrier retains a large part of the output in conventional internal combustion engines to the cooling system combustion energy and therefore it can be used to improve the energy balance of the rotary piston internal combustion engine according to the invention in their operation. The exhaust gas of the rotary piston internal combustion engine according to the invention is passed through a combination of exhaust gas turbine and generator and thereby converted and stored the higher energy of the exhaust gas into electrical energy.

Vorzugsweise ist die hochtemperaturfeste Wärmedämmschicht porig ausgebildet und kann vorzugsweise mittels des atmosphärischen Plasmastrahl-Verfahrens aufgebracht werden.Preferably, the high temperature resistant thermal barrier coating is porous and may preferably be applied by the atmospheric plasma jet process.

Wenn die Bauteile, auf denen die Wärmedämmschicht, bei der es sich vorzugsweise um eine porige keramische Wärmedämmschicht handeln kann, aufgebracht wird, aus metallischen Materialien, vorzugsweise Leichtmetallmaterialien, wie Aluminium oder dergleichen, bestehen, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, vor dem Aufbringen der Wärmedämmschicht einen Haftvermittler zur Haftverbesserung der Wärmedämmschicht aufzubringen. Ein solcher Haftvermittler wird vorzugsweise mittels des Vakuum-Plasmastrahl-Verfahrens aufgebracht. Diese zusätzlichen Behandlungen und der zusätzliche Einsatz eines Haftvermittlers hängen natürlich von den jeweiligen zu verbindenden Materialien ab.When the components on which the thermal barrier coating, which may preferably be a porous ceramic thermal barrier coating, is applied, are made of metallic materials, preferably light metal materials such as aluminum or the like, it has been found to be useful prior to application the thermal barrier coating to apply a bonding agent to improve the adhesion of the thermal barrier coating. Such a coupling agent is preferably applied by means of the vacuum plasma jet method. Of course, these additional treatments and the additional use of an adhesion promoter depend on the particular materials to be bonded.

Im Hinblick auf ein möglichst geringes Eigengewicht sind das Gehäuse und/oder der Rotationskolben aus einem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Titan oder dergleichen hergestellt.With regard to the lowest possible weight, the housing and / or the rotary piston made of a light metal, preferably aluminum, an aluminum alloy, titanium or the like.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung kann zur Leistungssteigerung und zur Vermeidung der Ladeverzögerung beim Beschleunigen ein elektromotorisch angetriebener Lader oder ein Kompressor vorgesehen sein.According to another embodiment of the rotary piston internal combustion engine according to the invention may be provided to increase performance and to avoid the charging delay during acceleration, an electric motor-driven supercharger or a compressor.

Aus Stabilitätsgründen aufgrund extremer Kaltstartbedingungen kann es zweckmäßig sein, die Wärmedämmschicht des Gehäusemantels als durchgehenden ovalen Ring auszubilden, so dass sich Druckspannungen bei diesen extremen Bedingungen ausgleichen lassen.For reasons of stability due to extreme cold start conditions, it may be expedient to form the heat-insulating layer of the housing shell as a continuous oval ring, so that compressive stresses can be compensated under these extreme conditions.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform als nicht beschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained below with reference to a preferred embodiment as a non-limiting example with reference to the drawing.

Die einzige 1 der Zeichnung zeigt eine schematische Schnittansicht einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine.The only 1 The drawing shows a schematic sectional view of a rotary piston internal combustion engine.

In der einzigen 1 der Zeichnung ist eine insgesamt mit A bezeichnete Rotationskolben-Brennkraftmaschine ausschnitthaft schematisch gezeigt. Diese Rotationskolben-Brennkraftmaschine hat ein insgesamt mit B bezeichnetes Gehäuse, welches mehrere Gehäuseteile, wie Mantelteile und Seitenteile umfassen kann. In der Figur ist von den Gehäuseteilen nur das Mantelteil 1 zu ersehen, welches eine zweibogige Mantellaufbahn hat. Das Gehäuse B mit seinen Gehäuseteilen ist von einer eingelagerten Exzenterwelle 10 durchsetzt, auf deren Exzenter ein vorzugsweise dreieckförmig ausgebildeter Rotationskolben 2 umläuft. Im Bereich der den Ein- und Auslassöffnungen gegenüberliegenden, achsnahen Zone der Mantellaufbahn ist eine Einspritzdüse 4 und eine Zündkerze 3 angeordnet.In the only one 1 the drawing is a generally designated A rotary piston internal combustion engine cutaway schematically shown. This rotary piston internal combustion engine has a generally designated B housing, which several housing parts, such as shell parts and side parts may include. In the figure, only the shell part of the housing parts 1 to see, which has a two-moped Mantellaufbahn. The housing B with its housing parts is of an embedded eccentric shaft 10 interspersed, on whose eccentric a preferably triangular-shaped rotary piston 2 circulates. In the region of the inlet and outlet openings opposite, near-axis zone of Mantellaufbahn is an injection nozzle 4 and a spark plug 3 arranged.

Das Gehäuse B bzw. die Gehäuseteile, wie das Mantelteil 1 und die nicht dargestellten Seitenteile haben an ihrer zum Expansionsraum weisenden Oberfläche eine hochtemperaturfeste und hochwirksame Wärmedämmschicht 5. Auch im Bereich des Brennraums ist diese Wärmedämmschicht 5 vorgesehen. Auch ist der dreieckförmige Rotationskolben 2 an seiner Außenumfangsfläche einschließlich einer Kolbenmulde mit einer entsprechenden hochtemperaturfesten und hochwirksamen Wärmedämmschicht 6 versehen. Die Wärmedämmschicht 5 besitzt eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität und ruft somit eine große Dämmwirkung zwischen dem Gehäuse B, welches vorzugsweise aus einem Metallmaterial besteht, und der im Brenn- und Expansionsraum herrschenden Gastemperatur hervor. Gleiche oder ähnliche Eigenschaften kommen auch der Wärmedämmschicht 6 auf der Umfangsfläche des Rotationskolbens 2 zu. Der Ansaugraum der Rotationskolben-Brennkraftmaschine A hingegen braucht nicht zwingend mit einer derartigen Wärmedämmschicht versehen zu sein. Wenn dort keine Wärmedämmschicht vorgesehen ist, kann über die Gehäusewand, insbesondere die Seitenwände eine Kühlung der Ansaugluft erfolgen kann. Um die Wärmeausdehnungen der Bauteile, wie Gehäuse B und Rotationskolben 2, der Rotationskolben-Brennkraftmaschine A mit einem nahezu proportionalen Verhalten zu realisieren, sind vorzugsweise sowohl der Rotationskolben 2 als auch die übrigen Gehäuseteile des Gehäuses B aus ein und demselben Material hergestellt, und hierbei kann es sich beispielsweise um Grauguss, oder ein Leichtmetall, wie Aluminium, Titan oder dergleichen handeln.The housing B or the housing parts, such as the shell part 1 and the side parts, not shown, have at their surface facing the expansion space a high temperature resistant and highly effective thermal barrier coating 5 , Also in the area of the combustion chamber is this thermal barrier coating 5 intended. Also is the triangular rotary piston 2 on its outer peripheral surface including a piston recess with a corresponding high temperature resistant and highly effective thermal barrier coating 6 Mistake. The thermal barrier coating 5 has a very low thermal conductivity and heat capacity and thus causes a large insulating effect between the housing B, which preferably consists of a metal material, and the gas temperature prevailing in the combustion and expansion space. Same or similar properties are also the thermal barrier coating 6 on the peripheral surface of the rotary piston 2 to. The suction of the rotary piston internal combustion engine A, however, does not necessarily have to be provided with such a thermal barrier coating. If there is no thermal barrier coating provided, cooling of the intake air can take place via the housing wall, in particular the side walls. To the thermal expansions of the components, such as housing B and rotary piston 2 , the rotary piston internal combustion engine A with a nearly proportional behavior to realize, are preferably both the rotary piston 2 as well as the other housing parts of the housing B made of one and the same material, and this may be, for example, gray cast iron, or a light metal such as aluminum, titanium or the like.

Mittels Kühlmittel werden das Gehäuse B und der Rotationskolben 2 auf einer Temperatur von beispielsweise 60°C bis 80°C gehalten, während die Verbrennungstemperatur von bis zu 900°C und größer direkt auf die Oberfläche der Wärmedämmschichten 5, 6 einwirkt. Durch die nach der Erfindung vorgesehene Konstruktion und die hochwirksamen Wärmedämmschichten lässt sich die gesamte Wärmeausdehnung von dem Gehäuse B und dem Rotationskolben 2 durch die geringen Oberflächentemperaturen der Trägerteile so gering machen, dass eine minimale Spaltbreite zwischen dem Rotationskolben 2 und den umgebenden Gehäuseteilen B, 1 verwirklicht werden kann. Wenn hierbei erreicht wird, dass sich diese Spaltbreite in allen Betriebszuständen auf äußerst geringe Werte einstellen lässt, kann man auf Dichtleisten verzichten. Dann kann der Rotationskolben 2, abgesehen von der Lagerreibung, berührungs- und reibungsfrei im Gehäuse B umlaufen.By means of coolant, the housing B and the rotary piston 2 maintained at a temperature of for example 60 ° C to 80 ° C, while the combustion temperature of up to 900 ° C and greater directly on the surface of the thermal barrier coatings 5 . 6 acts. By the design provided according to the invention and the highly effective thermal barrier coatings, the total thermal expansion of the housing B and the rotary piston can be 2 make so small by the low surface temperatures of the support members that a minimum gap width between the rotary piston 2 and the surrounding housing parts B, 1 can be realized. If it is achieved here that this gap width can be set to extremely low values in all operating states, sealing strips can be dispensed with. Then the rotary piston can 2 , except for the bearing friction, without contact and friction in the housing B circulating.

Zum Aufbringen der hochwirksamen und hochtemperaturfesten Wärmedämmschichten 5, 6 kann zuerst mittels eines Unterdruck(Vakuum)-Plasma-Spritzverfahrens ein Haftvermittler in Form einer Schicht aufgetragen werden, und anschließend wird mittels eines atmosphärischen Plasma-Spritzverfahrens die hochwirksame, porige Wärmedämmschicht 5, 6 aufgebracht. Die so aufgebrachte Wärmedämmschicht 5, 6 weist durch die porige Struktur sowohl derartige Wärmedämmwerte auf, dass die Oberflächentemperatur der Wärmedämmschicht 5, 6 zum heißen Innenraum Brenntemperaturwerte von über 800°C erreichen kann, während die hierzu isolierte Trägerfläche des Gehäuses B beispielsweise nur Werte von 60°C bis 80°C erreicht. Hierdurch lässt sich die an ein Kühlsystem abzugebende Energie stark reduzieren. Durch die hier bei dem erfindungsgemäßen Beispiel verwirklichte Trennung von Verdichtungs- und Brenn- bzw. Expansionsraum der Rotationskolben-Brennkraftmaschine A weist der Ansaug- und Verdichtungsbereich vergleichsweise niedrige Temperaturen auf. Der Brennraum, welcher mit der Wärmedämmschicht 5, 6 mit sehr geringer Wärmespeicherkapazität versehen ist, passt sich schnell an die Temperatur des zugeführten verdichteten Gasgemisches an, ohne dieses, etwa durch vorhandene heiße Ventile, vorzeitig zur Zündung zu bringen. Der ebenfalls mit der Wärmedämmschicht 5, 6 versehen Expansionsraum verhindert die Ableitung der Wärmeenergie des gezündeten Gases, wodurch erreicht wird, dass die gesamte, bei der bisherigen Bauweise über das Kühlsystem abgeführte Wärmeenergie nicht als Verlustwärme in die Energiebilanz der Rotationskolben-Brennkraftmaschine A eingeht, sondern im Brenn- und Expansionsraum erhalten bleibt und somit größtenteils zur Druckerhöhung genutzt werden kann, so dass an der Kurbelwelle eine höhere Antriebsenergie zur Verfügung steht. In anderen Worten ausgedrückt kann somit Dank der erfindungsgemäßen Auslegung ein nahezu gleicher Verbrennungsmitteldruck, aber mit einer geringeren Kraftstoffmenge erreicht werden. Hierdurch erhält man einen wesentlich reduzierten Kraftstoffverbrauch bei ein und derselben Leistung und es ergeben sich dadurch natürlich wesentlich geringere Schadstoffausstoßmengen. Gleichzeitig findet die Verbrennung in einem engeren Temperaturbereich statt, was sich zusätzlich vorteilhaft auf die Schadstoffentwicklung auswirkt. Hierdurch wird ein umweltfreundlicher Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine erzielt. Ferner lässt sich die Energie des Abgases durch diese erfindungsgemäße Auslegung erhöhen, welche sich dann beispielsweise über eine Abgasturbine in zusätzliche Nutzenergie umwandeln lässt.For applying the highly effective and high temperature resistant thermal barrier coatings 5 . 6 For example, a primer in the form of a layer can first be applied by means of a vacuum (vacuum) plasma spraying method, and then the highly effective, porous heat-insulating layer is produced by means of an atmospheric plasma spraying method 5 . 6 applied. The applied thermal barrier coating 5 . 6 has by the porous structure on both such thermal insulation values that the surface temperature of the thermal barrier coating 5 . 6 can reach to the hot interior Brenntemperaturwerte of about 800 ° C, while isolated for this support surface of the housing B, for example, only reaches values of 60 ° C to 80 ° C. As a result, the energy to be delivered to a cooling system can be greatly reduced. By realized here in the inventive example separation of compression and combustion or expansion space of the rotary piston internal combustion engine A, the intake and compression area comparatively low temperatures. The combustion chamber, which with the thermal barrier coating 5 . 6 is provided with very low heat storage capacity, quickly adapts to the temperature of the supplied compressed gas mixture, without this, for example by existing hot valves, prematurely to ignite. The also with the thermal barrier coating 5 . 6 Provided expansion space prevents the dissipation of the heat energy of the ignited gas, thereby ensuring that the entire, in the previous design via the cooling system dissipated heat energy is not received as heat loss in the energy balance of the rotary piston internal combustion engine A, but is maintained in the combustion and expansion space and Thus, for the most part can be used to increase the pressure, so that at the crankshaft, a higher drive energy is available. In other words, thanks to the design according to the invention, an almost identical combustion agent pressure can be achieved, but with a smaller amount of fuel. This results in a significantly reduced fuel consumption at the same power and, of course, this results in significantly lower pollutant emissions. At the same time the combustion takes place in a narrower temperature range, which also has an advantageous effect on the development of pollutants. As a result, an environmentally friendly operation of such an internal combustion engine is achieved. Furthermore, the energy of the exhaust gas can be increased by this design according to the invention, which can then be converted into additional useful energy, for example via an exhaust gas turbine.

Eine Restkühlung des Rotationskolbens 2 und des Gehäuses B kann gegebenenfalls über eine entsprechende Auslegung des Schmierölsystems verwirklicht werden.A residual cooling of the rotary flask 2 and the housing B may optionally be realized via a corresponding design of the lubricating oil system.

Insgesamt gesehen ist die erfindungsgemäße Rotationskolben-Brennkraftmaschine A vielstofftauglich und sie ist für jede Kraftstoffart, einschließlich Wasserstoff, geeignet. Dank der erfindungsgemäßen Auslegung der Rotationskolben-Brennkraftmaschine A erhält man einen wesentlich höheren Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine mit einer verstärkten Nutzung der im Abgas enthaltenen Energie.Taken as a whole, the rotary piston internal combustion engine A according to the invention is suitable for all fuels and is suitable for every type of fuel, including hydrogen. Thanks to the inventive design of the rotary piston internal combustion engine A gives a much higher overall efficiency of the internal combustion engine with an increased use of energy contained in the exhaust gas.

Auch der Abgasauslasskanal der Rotationskolben-Brennkraftmaschine A der vorstehend genannten Art ist ebenfalls mit einer hochwirksamen Wärmedämmschicht versehen sein.Also, the exhaust gas outlet of the rotary piston internal combustion engine A of the aforementioned type is also provided with a highly effective thermal barrier coating.

Die hochwirksame Wärmedämmschicht 5, 6 wird von Oxidkeramiken gebildet. Hierbei kommen ZrO₂ + 4 mol%Y₂O₃ (yttriumoxid-teilstabilisiertes Zirkoniumoxid), La₂Zr₂O₇ (Pyrocholstruktur), BaZrO₃ (Perowskit) oder Metall-Glas-Komposit-Werkstoffe als Beispiele sowie Aluminiumtitanat in Betracht. Auch sind gegebenenfalls Wärmedämmschichten 5, 6 einsetzbar, welche als Multilayerschicht ausgelegt sind.The highly effective thermal barrier coating 5 . 6 is formed by oxide ceramics. ZrO ₂ + 4 mol% Y ₂ O ₃ (yttria-partially stabilized zirconium oxide), La ₂ Zr ₂ O ₇ (pyrocholic structure), BaZrO ₃ (perovskite) or metal-glass composite materials are examples of this, as well as aluminum titanate. Also, if necessary, thermal barrier coatings 5 . 6 can be used, which are designed as a multilayer layer.

Claims

Rotary piston internal combustion engine with a housing (B), in the interior of which on an eccentric shaft ( 10 ) stored a rotary flask ( 2 ) and in cooperation with the housing inner surface, among other things forms at least one combustion and expansion space, wherein the combustion and expansion space forming surfaces of housing (B), rotary piston ( 2 ) and optionally side walls or partial areas of side walls of the housing (B) with a high temperature resistant thermal barrier coating ( 5 . 6 ) are provided such that the housing material and / or the rotary piston material undergoes the smallest possible extent due to the heating and these parts are made with an extremely close pairing tolerance such that the gap size between the rotary piston ( 2 ), and the associated, surrounding housing (B) can be reduced to a few, wherein the exhaust duct is also provided with a high temperature resistant thermal barrier coating, wherein the thermal barrier coating an oxide ceramics, such as yttria partially stabilized zirconia (ZRO2 + 4 mol% Y2O3) a Pyrocholstruktur (La2Zr2O7 ) or perovskite (BaZrO 3) or aluminum titanate, a metal-glass composite or a multilayer layer, wherein the energy of the exhaust gas can be converted into electrical energy by means of an exhaust gas turbine and a generator connected thereto.

Rotary piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the high-temperature resistant thermal barrier coating ( 5 . 6 ) is formed porous.

Rotary piston internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the thermal barrier coating ( 5 . 6 ) is applied by the atmospheric plasma jet method.

Rotary piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that prior to the application of the thermal barrier coating ( 5 . 6 ) An adhesion promoter for improving the adhesion of the same is applied.

Rotary piston internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the adhesion promoter is applied by means of the vacuum plasma jet method.

Rotary piston internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal barrier coating ( 5 . 6 ) has a layer thickness of about 1 to about 2 mm.

Rotary piston internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (B) and / or the rotary piston ( 2 ) are made of a light metal, preferably aluminum or titanium.

Rotary piston internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling of the rotary piston ( 2 ) and the cooling of the housing (B) by means of a lubricating oil circuit.

Rotary piston internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that to increase the power and to avoid the charging delay during acceleration, an electric motor-driven supercharger or compressor is provided.