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WO2002016738A1 - Drehkolbenmaschine - Google Patents

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WO2002016738A1
WO2002016738A1 PCT/AT2001/000271 AT0100271W WO0216738A1 WO 2002016738 A1 WO2002016738 A1 WO 2002016738A1 AT 0100271 W AT0100271 W AT 0100271W WO 0216738 A1 WO0216738 A1 WO 0216738A1
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WO
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piston
rotor
housing
plate
space
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PCT/AT2001/000271
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English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Brunauer
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    • 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
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F01C1/344—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F01C1/3441—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F01C1/3442—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston machine with a fixed housing and an eccentrically arranged rotor, the peripheral wall of which touches the inner wall of the housing in one area, with at least one plate piston which is displaceably arranged in the rotor and is sealingly acted against the inner wall of the housing, and a front one Entry and compression space separates from a rear ignition and expansion space, and with an overflow space in order to transfer the medium compressed in front of the plate piston to the contact area of the rotor and housing for the ignition following the contact area behind the plate piston.
  • Such a rotary lobe machine can be found, for example, in FR 13 84 755 A. It is proposed there to form at least one overflow space in the rotor through the receiving slot for a plate piston, and to provide in the plate piston a valve element which can be pivoted to a limited extent and which alternately closes inlet and outlet windows in the plate piston.
  • the pivotable valve element is controlled by means of the pressure differences in front of and behind the plate piston.
  • Two such plate pistons are preferably provided offset by 180 °.
  • the invention has now set itself the task of creating an overflow space in such a rotary piston machine, which is not formed inside the rotor, and this is achieved in that the overflow space is formed by an expansion of the compression space in front of the contact area and one behind the Plate piston in the rotor slidably engages auxiliary piston sealingly engages in the overflow space.
  • the plate piston reaches the overflow space, it loses its sealing function as the rear end of the compression space, so that the medium which has already been partially compressed can emerge and is collected and further compressed by the auxiliary piston taking over the sealing function.
  • Expansion of the housing inner wall is formed, the width of which is smaller than that of the plate piston and possibly of the auxiliary piston, and that in the auxiliary piston one against Expansion of the housing inner wall spring-loaded slide is provided.
  • Sealing of the auxiliary piston is subject to the same criteria as the sealing of the auxiliary piston
  • the medium compressed to a maximum between the auxiliary piston and the plate piston is preferably in one
  • Inclined circumferential recess of the rotor in which the ignition then takes place as soon as the plate piston has entered the ignition and expansion space that opens in front of the contact area.
  • the volume of the circumferential recess is preferably adjustable.
  • auxiliary piston is preferably drawn in in the ignition and expansion space and in the start area of the inlet and compression space in the rotor, a very large ratio between the ignition and expansion space is achieved, for example around 1:40.
  • the pressure of the burned gases is therefore used much longer and better.
  • FIG. 8 shows a third embodiment with two pistons and an approximately oval housing
  • FIG. 9 shows a detail of a further embodiment.
  • the rotary piston machine shown in FIGS. 1 to 3 in different positions has an essentially cylindrical housing 1, in which a cylindrical rotor 6 is arranged eccentrically so that its periphery touches the inner wall 4 of the housing 1 at one point.
  • the area of contact is number 15 designated.
  • a plate piston 7 is arranged radially displaceably, which is pressed by a spring 8 to the inner wall 4 of the housing 1 in a sealing manner.
  • the plate piston 7 divides the rocket-shaped space between the rotor 6 and the housing 1 into a compression space 16 and an ignition and expansion space 17, the volumes of which change.
  • an extension 5 is provided in the compression space 16 in the form of an expansion in the housing inner wall 4, which cannot be filled by the plate piston 7.
  • the widening is narrower than the plate piston 7, so that the compressed medium flows outside the plate piston 7 to the rear.
  • an auxiliary piston 9, which is acted upon by a spring 13, is slidably arranged behind the plate piston 7 in the rotor 6. 4 and 5, the auxiliary piston 9 is shown in more detail. Since the auxiliary piston 9 must already bear sealingly against the inner wall 4 of the housing 1 when the plate piston 7 enters the area of the extension 5, the latter has a contour that is the same as that of the plate piston 7.
  • a slide 11 with the action of a spring 19 is provided in the auxiliary piston 9, the end region protruding from the auxiliary piston 9 taking over the sealing of the space formed between the plate piston 7 and the auxiliary piston 9 to the rear.
  • the overflowing medium is therefore compressed by the auxiliary piston 9 upon further rotation.
  • a circumferential recess 10 is formed in the rotor 6, which corresponds to the volume of the maximally compressed medium, which, enclosed in the circumferential recess, passes the contact area 15 and is ignited in the ignition chamber 17.
  • the auxiliary piston 9 remains drawn into the rotor 6, so that the expansion space can reach a maximum size.
  • the auxiliary piston 9 is retained in the rotor 6 one curved groove 12 each extending at least over 180 ° in the two
  • Guide slots of the plate piston 7 and of the auxiliary piston 9 in the rotor 6 are preferably connected to one another by internal air compensation channels and to a larger cavity in the rotor 6 which may be provided.
  • FIGS. 6 and 7 differs from the described embodiment according to FIGS. 1 to 3 only in that two diametrically opposed plate pistons 7 are provided in the rotor 6, which are pressed apart by a preferably common central spring 8.
  • An auxiliary piston 9 is assigned to each plate piston 7, and between the plate piston 7 and the auxiliary piston
  • FIG. 8 shows an approximately oval housing 1, in which the cylindrical rotor 6 is arranged centrally. 6 and 7, two plate pistons 7 and two auxiliary pistons 9 are arranged in the rotor 6, as are two circumferential recesses
  • FIG. 9 shows a further embodiment in which the volume of the circumferential recess 10 of the rotor 6 can be changed.
  • the bottom of the depression is formed on an insert 19 that is adjustable in the rotor, wherein the actuator 20 can be carried out hydraulically or mechanically.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

Eine Drehkolbenmaschine mit einem feststehenden Gehäuse (1) und einem exzentrisch im Gehäuse (1) angeordneten Rotor (6), dessen Umfangswand in einem Bereich (15) die Innenwand (4) des Gehäuses (1) berührt, weist mindestens einen im Rotor (6) verschiebbar angeordneten Plattenkolben (7) auf, der dichtend gegen die Innenwand (4) des Gehäuses (1) beaufschlagt ist. Der Plattenkolben (7) trennt einen vorderen Eintritts- und Kompressionsraum (16) von einem hinteren Zünd- und Expansionsraum (17) ab. Weiters ist ein Überströmraum vorgesehen, um das vor dem Plattenkolben (7) bis zum Berührungsbereich (15) von Rotor (6) und Gehäuse (1) komprimierte Medium für die jenseits des Berührungsbereichs (15) folgende Zündung hinter den Plattenkolben (7) zu überführen. Der Überströmraum ist durch eine Erweiterung (5) des Kompressionsraums (16) vor dem Berührungsbereich (15) gebildet. Hinter dem Plattenkolben (7) ist ein im Rotor (6) verschiebbar angeordneter Hilfskolben (9) angeordnet, der den Überströmraum nach hinten dichtend eingreift.

Description

Drehkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine mit einem feststehenden Gehäuse und einem exzentrisch im Gehäuse angeordneten Rotor, dessen Umfangswand in einem Bereich die Innenwand des Gehäuses berührt, mit mindestens einem im Rotor verschiebbar angeordneten Plattenkolben, der dichtend gegen die Innenwand des Gehäuses beaufschlagt ist, und einen vorderen Eintritts- und Kompressionsraum von einem hinteren Zünd- und Expansionsraum trennt, und mit einem Überströmraum, um das vor dem Plattenkolben bis zum Berührungsbereich von Rotor und Gehäuse komprimierte Medium für die jenseits des Berührungsbereichs folgende Zündung hinter den Plattenkolben zu überführen.
Eine derartige Drehkolbenmaschine ist beispielsweise der FR 13 84 755 A zu entnehmen. Dort wird vorgeschlagen, zumindest einen Überströmraum im Rotor durch den Aufnahmeschlitz für einen Plattenkolben auszubilden, und im Plattenkolben ein begrenzt schwenkbares Ventilelement vorzusehen, das wechselweise Ein- und Austrittsfenster im Plattenkolben verschließt. Die Steuerung des schwenkbaren Ventilelementes erfolgt mittels der Druckunterschiede vor und hinter dem Plattenkolben. Bevorzugt sind um 180° versetzt zwei derartige Plattenkolben vorgesehen.
Die Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, bei einer derartigen Drehkolbenmaschine einen Überströmraum zu schaffen, der nicht im Inneren des Rotors ausgebildet ist, und erreicht dies dadurch, daß der Überströmraum durch eine Erweiterung des Kompressionsraums vor dem Berührungsbereich gebildet ist und ein hinter dem Plattenkolben im Rotor verschiebbar angeordneter Hilfskolben in den Überströmraum dichtend eingreift. Sobald der Plattenkolben den Überströmraum erreicht, verliert er seine Abdichtfunktion als hinteren Abschluß des Kompressionsraumes, sodaß das bereits teilkomprimierte Medium austreten kann und von dem die Dichtfunktion übernehmenden Hilfskolben aufgefangen und weiter komprimiert wird.
In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß der Überströmraum durch eine
Ausweitung der Gehäuseinnenwand gebildet ist, deren Breite kleiner als die des Plattenkolbens und eventuell des Hilfskolbens ist, und daß im Hilfskolben ein gegen die Ausweitung der Gehäuseinnenwand federbeaufschlagter Schieber vorgesehen ist.
Durch die Ausbildung werden vor allem Dichtungsprobleme vermieden, da die
Abdichtung des Hilfskolbens denselben Kriterien unterliegt, wie die Abdichtung des
Plattenkolbens selbst, die im Prinzip schon zufriedenstellend erreichbar ist.
Während der Passage des Berührungsbereiches wird das zwischen dem Hilfskolben und dem Plattenkolben maximal komprimierte Medium bevorzugt in einer
Umfangsvertiefung des Rotors aufgenommen, in der dann die Zündung erfolgt, sobald der Plattenkolben in den vor dem Berührungsbereich sich öffnenden Zünd- und Expansionsraum eingetreten ist. Das Volumen der Umfangsvertiefung ist dabei bevorzugt verstellbar.
Da der Hilfskolben bevorzugt im Zünd- und Expansionsraum und im Anfangsbereich des Eintritts- und Kompressionsraums im Rotor eingezogen geführt ist, wird ein sehr großes Verhältnis zwischen Zünd- und Expansionsraum erreicht, das beispielsweise bei etwa 1:40 liegt. Der Druck der verbrannten Gase wird daher wesentlich länger und besser genützt.
Nachstehend wird nun die Erfindung an Hand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, die aber nur schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele zeigen.
Es zeigen:
Fig. 1 bis 3 Schnitte durch ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Plattenkolben und einem Hilfskolben,
Fig. 4 und 5 den Hilfskolben in Draufsicht und im Schnitt,
Fig. 6 und 7 ein zweites Ausführungsbeispiel mit je zwei um 180° versetzten
Plattenkolben und Hilfskolben,
Fig. 8 eine dritte Ausführung mit zwei Kolben und einem etwa ovalen Gehäuse, und Fig. 9 ein Detail einer weiteren Ausführung.
Die in den Fig. 1 bis 3 in verschiedenen Positionen dargestellte Drehkolbenmaschine weist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1 auf, in dem exzentrisch ein zylindrischer Rotor 6 so angeordnet ist, daß er mit seinem Umfang die Innenwand 4 des Gehäuses 1 an einer Stelle berührt. Der Berührungsbereich ist mit der Ziffer 15 bezeichnet. Im Rotor 6 ist ein Plattenkolben 7 radial verschiebbar angeordnet, der von einer Feder 8 an die Innenwand 4 des Gehäuses 1 dichtend angedrückt wird. Während der Drehung des Rotors 6 teilt der Plattenkolben 7 den kipferlförmigen Raum zwischen dem Rotor 6 und dem Gehäuse 1 in einen Kompressionsraum 16 und einen Zünd- und Expansionsraum 17, deren Volumina sich ändern. In Fig. 1 bis 3 angedeutete Ein- bzw. Auslaßöffnungen werden gesteuert geöffnet und geschlossen, sodaß beispielsweise die Ansaugung von Luft oder Treibstoffgemisch in den Kompressionsraum 16 bzw. die Kompression des angesaugten Gemisches ebenso möglich ist, wie dessen Zündung im Zünd- und Expansionsraum 17. Da sich in den Zeichnungsfiguren der Rotor 6 jeweils in Uhrzeigerrichtung dreht, schiebt der Plattenkolben 7 angesaugtes Medium vor sich her und komprimiert es bis zum Berührungsbereich 15. Um das vor dem Plattenkolben 7 komprimierte Medium in der in Fig. 1 gezeigten Position hinter dem Plattenkolben 7 zünden zu können, entweder durch eine nicht gezeigte Zündkerze oder durch Eigenzündung des in diesem Bereich eingespritzten Treibstoffes, ist die Überführung des Mediums von vorne nach hinten erforderlich. Zu diesem Zweck ist im Kompressionsraum 16 eine Erweiterung 5 in Form einer Ausweitung in der Gehäuseinnenwand 4 vorgesehen, die vom Plattenkolben 7 nicht ausgefüllt werden kann. Beispielsweise ist die Ausweitung schmäler als der Plattenkolben 7, sodaß das komprimierte Medium außerhalb des Plattenkolbens 7 nach hinten strömt. Um dessen Kompression aufrecht zu erhalten bzw. letztlich ausreichend zu erhöhen, ist hinter dem Plattenkolben 7 im Rotor 6 ein Hilfskolben 9 verschiebbar angeordnet, der von einer Feder 13 beaufschlagt ist. In Fig. 4 und 5 ist der Hilfskolben 9 näher gezeigt. Da der Hilfskolben 9 bereits dichtend an der Innenwand 4 des Gehäuses 1 anliegen muß, wenn der Plattenkolben 7 in den Bereich der Erweiterung 5 eintritt, weist dieser eine Kontur auf, die der des Plattenkolbens 7 gleicht. Für den dichtenden Eingriff in die schmälere Ausweitung ist im Hilfskolben 9 ein Schieber 11 mit der Wirkung einer Feder 19 vorgesehen, dessen aus dem Hilfskolben 9 ragenden Endbereich die Abdichtung des zwischen dem Plattenkolben 7 und dem Hilfskolben 9 gebildeten Raumes nach hinten übernimmt. Das überströmende Medium wird daher bei weiterer Drehung vom Hilfskolben 9 komprimiert. Zwischen dem Plattenkolben 7 und dem Hilfskolben 9 ist im Rotor 6 eine Umfangsvertiefung 10 ausgebildet, die dem Rauminhalt des maximal komprimierten Mediums entspricht, das in der Umfangsvertiefung eingeschlossen den Berührungsbereich 15 passiert und im Zündraum 17 gezündet wird. In diesem Bereich bleibt der Hilfskolben 9 im Rotor 6 eingezogen, sodaß der Expansionsraum eine maximale Größe erreichen kann. Für den Rückhalt des Hilfskolbens 9 im Rotor 6 sorgt je eine zumindest über 180° sich erstreckende gebogene Nut 12 in den beiden
Seitenwänden 14 des Gehäuses 1 , in die seitlich im Hilfskolben 9 federnd angeordnete
Stifte 18 eingreifen. Am Ende der Nuten 12 werden die Stifte 18 nach innen verdrängt, sodaß der Hilfskolben 9 im Rotor 6 von der Feder 13 nach außen gedrückt werden kann. Im Berührungsbereich 15 ist der Hilfskolben 9 vollständig in den Rotor 6 versenkt, sodaß die Stifte 18 in die dort wieder beginnenden Nuten 12 einrasten. Die
Führungsschlitze des Plattenkolbens 7 und des Hilfskolbens 9 im Rotor 6 sind bevorzugt durch innere Luftausgleichskanäle untereinander und mit einem gegebenenfalls vorgesehenen größeren Hohlraum im Rotor 6 verbunden.
Die Ausführung nach Fig. 6 und 7 unterscheidet sich von der beschriebenen Ausführung nach Fig. 1 bis 3 nur dadurch, daß im Rotor 6 zwei einander diametral gegenüberliegende Plattenkolben 7 vorgesehen sind, die durch eine vorzugsweise gemeinsame mittlere Feder 8 auseinandergedrückt werden. Jeden Plattenkolben 7 ist ein Hilfskolben 9 zugeordnet, und zwischen dem Plattenkolben 7 und dem Hilfskolben
9 sind zwei Umfangsvertiefungen 10 im Rotor 6 vorgesehen. In Fig. 6 und 7 ist eine Einlaßöffnung 2 in der Gehäuseseitenwand 14 gezeigt. In der oberhalb der Zeichenebene liegenden zweiten Gehäuseseitenwand ist eine Auslaßöffnung 3 vorgesehen, deren Position durch die strichlierte Linie angedeutet ist.
Die Ausführung nach Fig. 8 zeigt ein etwa ovales Gehäuse 1 , in dem der zylindrische Rotor 6 zentrisch angeordnet ist. Im Rotor 6 sind, so wie in Fig. 6 und 7, zwei Plattenkolben 7 und zwei Hilfskolben 9 angeordnet, sowie zwei Umfangsvertiefungen
10 vorgesehen, die jeweils in dem den Ein- bzw. Auslaßöffnungen 2, 3 gegenüberliegenden oberen Berührungsbereich 15 das für die Zündung vorgesehene komprimierte Medium aufweisen. Eine Ausweitung 5 der Gehäuseinnenwand 4 bildet wiederum den Überströmraum im Kompressionsbereich.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführung, in der das Volumen der Umfangsvertiefung 10 des Rotors 6 veränderbar ist. Hierzu ist der Boden der Vertiefung an einem Einsatzstück 19 ausgebildet, das im Rotor verstellbar ist, wobei der Stellantrieb 20 hydraulisch oder mechanisch erfolgen kann.

Claims

Patentansprüche:
1. Drehkolbenmaschine mit einem feststehenden Gehäuse (1) und einem exzentrisch im Gehäuse (1 ) angeordneten Rotor (6), dessen Umfangswand in einem Bereich (15) die Innenwand (4) des Gehäuses (1 ) berührt, mit mindestens einem im Rotor
(6) verschiebbar angeordneten Plattenkolben (7), der dichtend gegen die Innenwand (4) des Gehäuses (1) beaufschlagt ist, und einen vorderen Eintrittsund Kompressionsraum (16) von einem hinteren Zünd- und Expansionsraum (17) trennt, und mit einem Überströmraum, um das vor dem Plattenkolben (7) bis zum Berührungsbereich (15) von Rotor (6) und Gehäuse (1) komprimierte Medium für die jenseits des Berührungsbereichs (15) folgende Zündung hinter den Plattenkolben (7) zu überführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmraum durch eine Erweiterung (5) des Kompressionsraums (16) vor dem Berührungsbereich (15) gebildet ist und ein hinter dem Plattenkolben (7) im Rotor (6) verschiebbar angeordneter Hilfskolben (9) in den Überströmraum dichtend eingreift.
2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmraum durch eine Ausweitung der Gehäuseinnenwand (4) gebildet ist, deren Breite kleiner als die des Plattenkolbens (7) und des Hilfskolbens (9) ist, und daß im Hilfskolben (9) ein gegen die Ausweitung (5) der Gehäuseinnenwand (4) federbeaufschlagter Schieber (1 1) vorgesehen ist.
3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (9) im Zünd- und Expansionsraum (17) im Rotor (6) eingezogen geführt ist.
4. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (6) zwischen dem Plattenkolben (7) und dem Hilfskolben (9) eine Umfangsvertiefung (10) aufweist.
5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Umfangsvertiefung (10) veränderbar ist. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Umfangsvertiefung (10) an einem im Rotor (6) radial verstellbaren
Einsatzelement ausgebildet ist.
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RU2241129C1 (ru) * 2003-09-10 2004-11-27 Шаруденко Андрей Юрьевич Роторная машина (варианты), рабочий орган для роторной машины и двигательная установка с ее использованием

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