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Title:
ROTARY PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH AN IMPROVED COMBUSTION PROCESS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/095800
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rotary piston internal combustion engine with an improved combustion process. Said engine is characterised in that a two-stage combustion process, consisting of a pilot combustion and a principal combustion, is used. The pilot combustion essentially takes place at a location in the rotor housing where the rotor (3) is closest to the housing wall (1), known as the south pole and when the rotor is in an angular position, in which the centre of a rotor segment lies adjacent to the south pole. A closed volume on the external casing wall of at least one rotor segment is sealed against the opposing casing wall of the cylinder by means of a continuous loop seal (12) that projects beyond the external surface of the rotor in an elastic manner. Said engine is also characterised in that a first injection (9) of fuel and a first ignition occurs in the volume that is thus defined between the rotor casing wall, the continuous loop seal and the cylinder casing wall.

Inventors:
RECHBERGER MICHAEL (AT)
Application Number:
PCT/AT2002/000142
Publication Date:
November 20, 2003
Filing Date:
May 07, 2002
Export Citation:
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Assignee:
RECHBERGER MICHAEL (AT)
International Classes:
F01C1/344; F01C11/00; F01C21/08; F02B53/00; (IPC1-7): F01C1/344; F01C11/00
Foreign References:
GB2195400A1988-04-07
DE2502931A11975-07-31
DE4039300A11991-07-25
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 004, no. 108 (M - 024) 5 August 1980 (1980-08-05)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 015, no. 378 (M - 1161) 24 September 1991 (1991-09-24)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 005, no. 116 (M - 080) 25 July 1981 (1981-07-25)
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Claims:
Patentansprüche :
1. DrehkolbenBrennkraftmaschine mit verbessertem Verbrenn nungsvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweistufiger Verbrennungsvorgang angewandt wird, der eine Pilot Verbrennung und eine Hauptverbrennung umfaßt, wobei die PilotVerbrennung im wesentlichen an der Stelle im Rotor gehäuses stattfindet, an der der Rotor (3) der Gehäusewand (1) am nächsten liegt, dem sogenannten Südpol und in einer Winkellage des Rotors, in der die Mitte eines Rotorsegmen tes dem Südpol benachbart liegt, wobei an der äußeren Mantelwand zumindest eines Rotorsegmentes ein geschlos senes Volumen durch eine federnd über die Rotoraußenfläche ragende, in sich geschlossene Dichtung (12) gegenüber der entgegenstehenden Zylindermantelwand abgedichtet wird, und daß in dem so zwischen der Rotormantelwand, der in sich geschlossenen Dichtung und der Zylindermantelwand defi nierten Volumen eine erste Einspritzung (9) an Brennstoff und eine erste Zündung erfolgt.
2. DrehkolbenBrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12), aus keramischem Material besteht.
3. DrehkolbenBrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12) in einer Nut (11) am Mantel des Rotors (3) liegt, mit Fortsätzen (15) durch die Mantelwand des Rotors ragt, und daß bevorzugt die Fortsätze eine Kolbenplatte (16) tragen, die in einem Hohlraum (13) des Rotors mit Druckluft beaufschlagt ist.
4. DrehkolbenBrennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft durch die hohl ausgebil dete Rotorachse und durch im wesentlichen radial verlau fende Verteilerkanäle den Hohlräumen (13) zugeführt wird.
5. DrehkolbenBrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12) durch Federn radial nach außen gedrückt wird.
Description:
Drehkolben-Brennkraftmaschlne mit verbessertem Verbrennungsvorgang Die Erfindung betrifft eine Drehkolben-Brennkraftmaschine mit verbessertem Verbrennungsvorgang.

Drehkolben-Brennkraftmaschinen sind bekannt und haben sich auch im Großen und Ganzen bewährt. Probleme gibt es ver- schiedentlich wegen des Verbrennungsvorganges, da die Form des Brennraumes der als ideal angesehenen Kugelform kei- neswegs ähnelt.

Die Erfindung bezweckt die dadurch bedingten Nachteile zu vermeiden.

Dazu schlägt die Erfindung vor, einen zweistufigen Ver- brennungsvorgang zu verwenden, der in eine Pilot-Verbren- nung und eine Hauptverbrennung, geteilt ist. Die Pilot-Ver- brennung findet dabei im wesentlichen an der Stelle und in der Position des Rotorgehäuses statt, an der der Rotor der Gehäusewand am nächsten liegt, dem sogenannten Südpol.

Dabei ist vorgesehen, daß an der äußeren Mantelwand des Rotors ein geschlossenes Volumen durch eine federnd über die Rotoraußenfläche, in sich geschlossene Dichtung gegen- über der entgegenstehenden Zylindermantelwand abgedichtet wird, und daß in dem so zwischen der Rotormantelwand, der in sich geschlossenen Dichtung und der Zylindermantelwand definierten Volumen eine erste Einspritzung an Brennstoff und eine erste Zündung erfolgt.

Im Zuge der weiteren Drehbewegung des Rotors gelangt die- ser Mantelbereich des Rotors aus der Lage am Südpol, so daß die geschlossene Dichtung von der Zylindermantelwand abhebt und die bei der Vorzündung gebildeten Brenngasen in die eigentliche Brennkammer entweichen. In dieser Winkel- stellung des Rotor erfolgt die Einspritzung der Hauptmasse des Brennstoffes und die Hauptverbrennung. Durch die zu diesem Zeitpunkt stattfindende Verwirbelung zufolge des

Austretens der Verbrennungsgase der Pilot-Verbrennung kommt es zu einer starken Durchwirbelung und durch die Temperatur der Verbrennungsgases der Pilotverbrennung zu einer Temperaturerhöhung, die die Hauptverbrennung günstig beeinflußt.

Die geschlossene Dichtung wird in dieser Anmeldung "geschlossene Dichtung"genannt, weil sie aus einem im wesentlichen in radialer Richtung verlaufenden, dünnwandi- gen, bevorzugt keramischen Gebilde besteht, das nach Art eines allgemeinen Zylinders einen geschlossenen Quer- schnitt aufweist, der aber nicht notwendigerweise ein Kreisquerschnitt ist. Diese Dichtung ragt im wesentlichen radial aus dem Rotor und wird entweder durch eine Feder oder durch Druckluft od. dgl. radial nach außen gedrückt.

Es ist auch möglich, dieses nach außen Drängen nur durch die Zentrifugalbeschleunigung besorgen zu lassen, doch ist es wegen der mechanischen Belastung während des Pilot-Ver- brennungsvorganges vorteilhaft, eine zusätzliche Feder- kraft od. dgl. wirken zu lassen. f Es kann eine derartige Dichtung, je nach Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, an einem, an einigen oder an jedem Segment des Rotors vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 1 eine erfindungsgemäße Drehkolben-Brennkraftma- schine in einem schematischen Schnitt normal zur Drehachse, die Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestalteten Rotor, die Fig 3 eine Draufsicht auf ein Rotorsegment gemäß dem Pfeil III in Fig. 2, die Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IV der Fig. 2 und

die Fig. 5 eine erfindungsgemäß verwendbare Dichtung im Detail in drei Ansichten.

In Fig. 1 ist eine Drehkolben-Brennkraftmaschine mit Vor- verdichterstufe dargestellt. Dabei bewegen sich in einem Gehäuse 1 ein Verdichterrotor 2 und ein Brennkammerrotor 3. Ersterem wird Luft zur Verbrennung über einen Einlaß 4 zugeführt, die nach Verdichtung durch den Verdichterrotor 2 über einen nur schematisch dargestellten Luftkanal 5 der Brennkammer zugeführt wird.

In der Brennkammer 6 rotiert der Brennkammerrotor 3 in Richtung des Pfeiles, wobei einzelne Kammern durch Schie- ber 7 auf eine bei Drehkolbenmaschinen bekannte Art und Weise voneinander getrennt werden. In dem Bereich des Gehäuses 1, der der Rotorachse 8 am nächsten liegt, dem sogenannten Südpol, ist eine Piloteinspritzdüse 9 vorgese- hen, durch die ein geringer Teil insgesamt zur Verbrennung vorbestimmten Brennstoffmenge zugeführt wird.

Die Zündung dieser Brennstoffmenge erfolgt, wenn der Rotor 3 sich noch um ein Stück weiter in Richtung des Pfeiles gedreht hat, so daß sich zwischen der Piloteinspritzdüse 9 und der Mündung des Luftkanales 5 ein Schieber 7 befindet.

In dieser Position wird aus dem Brennkammervolumen, das durch die benachbarten Schieber, die Gehäusestirnwände und die Mantelwände des Gehäuses des Rotors gebildet wird, ein deutlich kleineres Volumen durch eine Dichtung abgegrenzt, die in den Fig. 2 bis 5 näher dargestellt ist.

Dabei zeigt die Fig. 2 einen Brennkammerrotor 3 im Axial- schnitt. Der zu oberst liegende Teil des Rotors 3 befindet sich dabei der Gehäusewand, in der in Fig. 1 dargestellten Lage am nächsten. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist die Mantelfläche 10 des Rotors 3 eine annähernd ovale Nut 11 auf, in die eine geschlossene Dichtung 12 (Fig. 5) ein-

gesetzt ist. In der Nut 11 sind Bereiche vorgesehen, in denen die Nut durch die Mantelfläche des Rotors durchragt, so daß ein im Inneren des Rotors 3 liegender Hohlraum 13 mit der äußeren Umgebung des Rotors in Verbindung steht.

Durch diese Durchbrechungen 14 ragen Fortsätze 15 der Dichtung 12. Diese Fortsätze sind im Inneren des Rotors 3, im Bereich von dessen Hohlraum 13 mit einer Kolbenplatte 16 verbunden, wobei die Kolbenplatte 16 gegenüber den seitlichen Wänden des Hohlraumes 13 abgedichtet ist. In dem der Drehachse 8 des Rotors 3 zugewandten Bereich des Hohlraumes 13 mündet eine Druckluftleitung 17, die die Kolbenplatte 16 und somit die Dichtung 12 radial nach außen drückt.

Anders als die Beweglichkeit der Schieber 7 ist die radiale Beweglichkeit der Dichtung 12 nur gering, so daß sie nur in unmittelbarer Nachbarschaft des Südpoles aus- reicht, um eine Abdichtung zwischen der Rotormantelfläche und der Gehäusemantelfläche zu bewirken. Es ist dies der Bereich, in dem die Pilot-Brennstoffzufuhr erfolgt und in der Folge auch die Pilot-Zündung. Diese kann entweder als Selbstzündung oder durch eine (nicht dargestellte) Zünd- vorrichtung eingeleitet werden.

Wie ausgeführt, ist es nicht notwendig, daß die radial nach außen auf die Dichtung 12 wirkende Kraft von einer Druckluftzufuhr hergeleitet wird, es ist auch möglich, daß Federn an Stelle der Druckluft vorgesehen sind.

Die Konstruktion des Rotors 3 ist an den Einbau der Dich- tung 12 anzupassen, daß bedeutet, daß die äußere Mantel- fläche 10 des Rotors auf einem Bauteil montiert sein muß, der einen Zutritt zum Hohlraum 13 ermöglicht, da auch im Falle der Verwendung von Federn ein Einbau der Federn im Inneren des Rotors möglich sein muß. Letztlich hängt die Frage der Verwendung von Federn oder Druckluft auch von der thermischen Belastung des Rotors ab. Aus diesem Grund

wird auch das Dichtungsmaterial bevorzugt keramisches Material sein, da dieses einen hervorragenden thermischen Widerstand aufweist. Moderne Keramikmaterialien verfügen auch über ausreichende mechanische Eigenschaften, um den rauhen Betriebsgegebenheiten dauerhaft standhalten zu kön- nen.