WO2012066072A2 - Rotary piston internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a rotary piston internal combustion engine having at least one circulating in a chamber of a housing rotary piston, wherein the chamber is formed by a trochoidenförmigen running surface in a central housing parts and spaced from each other, arranged normal to an eccentric shaft side treads, both sides of the central housing part in the direction the axis of the eccentric shaft directly or indirectly connect lateral housing parts, wherein at least one cooling channel arrangement in the lateral first housing part, in the central housing part and in the lateral second housing part of the reciprocating internal combustion engine of coolant a cooling circuit of a cooling system can be flowed through.
- the AT 505 950 Bl describes a power generator for range extension of an electric vehicle, with a rotary piston internal combustion engine and a generator which is arranged coaxially with the output shaft of the internal combustion engine.
- the internal combustion engine and the generator are arranged in a cooling air-flowed housing and formed as a unit.
- the housing has in the region of the rotary piston of the rotary piston internal combustion engine on a central housing part which is bounded on both sides by lateral housing parts, wherein in each case a bearing for the eccentric shaft of the internal combustion engine is arranged in the lateral housing parts.
- On the generator side housing parts encloses a housing part of the generator and a final lid this part.
- the housing part of the generator and the cover part together span a cavity in which the stator and the rotor of the generator is arranged.
- a rotary piston internal combustion engine which consists essentially of a shell housing, an end side part, a driven side part, a piston and an eccentric shaft, wherein the side parts each have a hub for receiving a main bearing, depending on a lateral track for the piston, each having a parallel to the raceways in the side parts arranged cooling water space with a water inlet opening and a water outlet opening and an oil chamber with a ⁇ lausström- opening.
- the side parts are made in two parts and consist of bolted together raceway part and cover part. Each consisting of a cast iron material raceway part has a low-cost raceway for the piston, while the respective cover part is made of light metal casting and offers weight advantages.
- DE 101 24 561 A1 discloses a troche-type rotary engine in which the side windows are composed of a side part produced as a cast part and a cover plate, the side part having a support function and the cover plates having only one sealing function.
- a series of ribs are formed, which together with the cover plate form flow channels for a cooling liquid.
- US 3,280,802 A discloses a troche-type rotary engine in which the side windows are composed of a side part produced as a cast part and a cover plate, the side part having a support function and the cover plates having only one sealing function.
- a series of ribs are formed, which together with the cover plate form flow channels for a cooling liquid.
- DE 4 020 416 A1 describes a generator with armature shaft cooling, wherein the generator and a drive motor formed by an internal combustion engine have a common cooling system.
- a first piston-side cooling channel arrangement of the lateral first housing part, a central cooling channel arrangement of the central housing part and a second piston-side cooling channel arrangement of the lateral second housing part in the cooling circuit of the cooling system in the order indicated are successively flowed through, preferably in the region of the first housing part or a coolant inlet entering the first housing part and a coolant outlet in the region of the second housing part or a cover part closing the second housing part.
- an electro-sided cooling channel arrangement is arranged, which is arranged in the cooling circuit of the cooling system, wherein particularly preferably the cooling channel arrangements of the electric machine receiving side first housing part, the central housing part and the lateral second housing part in the cooling circuit can be flowed through successively.
- rotary piston internal combustion engines As viewed around the axis of the eccentric shaft, rotary piston internal combustion engines have a cold angular segment region of the housing in the inlet region and a hot angular segment region of the housing in the combustion and exhaust region. These two angular segment areas have different heat input and thus a different cooling requirement. To meet this, the cooling chambers are not arranged rotationally symmetrical about the axis of the eccentric shaft.
- the best possible heat removal from the chamber of the rotary piston engine containing the rotary piston can be achieved if the first piston side arrangement arranged in the region of a first side running surface forming a first side wall at least one extending in an arc segment of the rotary piston engine at an angle of at least 180 ° first cooling channel, which is fluidly connected to the central cooling channel arrangement. It is particularly advantageous if the first piston-side cooling space arrangement comprises a separate from the first cooling channel, connected to the central cooling channel arrangement arcuate second cooling channel in a cold angular segment region of the rotary piston internal combustion engine, preferably the second cooling chamber over an angular range between 60 ° to 120 ° , Particularly preferably extends from 90 ° about the axis of the eccentric shaft.
- a particularly good cooling of the electric machine can be achieved if the electro-side cooling channel arrangement in the inlet region of at least one cylindrical jacket region of the first housing part surrounding the electric machine has at least one preferably loop-shaped annular channel - - having.
- the first cooling chamber and the second cooling chamber of the first piston-side cooling chamber arrangement are flow-connected to different regions of the annular channel.
- the second housing part in the region of a second side wall forming the second guide surface has a second cooling chamber connected to the central cooling chamber arrangement second piston side cooling chamber arrangement, preferably the second piston side cooling chamber arrangement one, more preferably only a single hot Angular segment region of the rotary piston engine has arranged arcuate cooling channel, which extends over an angular range of at least 180 °, preferably of at least 225 °, more preferably by an angular range of at least 240 °, about the axis of the eccentric shaft.
- the electro-side cooling channel assembly and the first piston-side cooling arrangement are at least partially arranged in parallel in the cooling circuit of the cooling system, preferably guided by the loop-shaped annular channel and, preferably, second coolant flow supplied to the second cooling channel is smaller than a first coolant flow fed directly to the first piston-side cooling channel arrangement, preferably to the first cooling channel.
- the first coolant stream can merge with the second coolant stream after it has flowed through the cooling channels in the cold angular segment region in the region of the cooling channel of the second housing part.
- the side walls may be integrally formed with the first and second housing part.
- the weight and the production costs can be reduced and / or increase the service life of the rotary piston internal combustion engine if the first and / or the second side wall is formed by a separate side plate arranged between the first and second housing part and the central housing part, which preferably extends a different material than the lateral first and second housing part or the central housing part.
- the side plates made of steel, gray cast iron or ceramic and the housing parts are made of an aluminum die-cast.
- the lateral first housing part, the central housing part and the second housing part, preferably also at least one side plate may be connected to each other by axially parallel fastening screws, which pass through one of the two lateral housing parts, the central housing part and the side plates and bolted to the other side.
- At least one fastening screw arranged in the hot angular segment region can be made wet and penetrate an axially parallel cooling channel of the central cooling channel arrangement.
- Fig. 2 is an electrical side cooling channel arrangement of the first housing part in a section along the line II - II;
- FIG. 11 a cooling system arrangements of the first housing part in a side view
- Fig. 12 shows these cooling system arrangements of the first housing part in a
- FIG. 13 shows a first piston-side cooling channel arrangement
- FIG. 14 shows a second piston-side cooling channel arrangement
- FIG. 15 the cooling channel arrangements of the power generation unit in an oblique view
- FIG. 16 shows the detail XVI of the central coolant arrangement from FIG. 15.
- Fig. 1 shows a power generation unit 40 (range extender), in particular for range expansion of an electric vehicle, wherein in a housing 2, a rotary piston internal combustion engine 1 and an example permanent-magnet electric machine 14 is arranged.
- the housing 2 has a chamber 3, in which a rotary piston 4 along a trochoidenförmigen running surface 5 of the housing 2 is arranged circumferentially.
- the chamber 3 is formed by the trochoidal tread 5 and by lateral treads 6, 7.
- the housing 2 has a trochoidal tread 5 forming the central housing part 2a, lateral housing parts 2b and 2c, preferably the central housing part 2a limiting side plates 8, 9, and a lateral housing part 2b limiting the lid part 2d.
- an eccentric shaft 10 which is arranged in an inner housing space 15 and is driven by the rotary piston 4, is rotatably mounted via bearings 11, 12, which are designed, for example, as roller bearings.
- Shaft equal to the eccentric shaft 10 of the rotor 13 is formed in the same housing 2 arranged electrical machine.
- the bearing 11 receiving side first housing parts 2b has a bell-shaped, cylindrical shell portion 2b ', which spans a substantially cylindrical interior 15a, in which the rotor 13, and the stator 14a of the electric Ma - - Machine 14 is arranged.
- the cylindrical interior 15a is closed by a in Fig. 1 adjoining the housing part 2b lid part 2d.
- the electric machine 14 and the rotary piston internal combustion engine 1 have a common cooling system 50, wherein in the housing parts 2d, 2b, 2a and 2c provided cooling channel arrangements 51, 52, 53 and 54 are flowed through successively. Thus, in succession, the electric machine 14 and then the rotary piston internal combustion engine 1 are cooled.
- An annular, electrically conductive cooling channel arrangement 51 can be formed in part by the cover part 2d and partly by the first housing part 2b.
- a number of cooling chambers 51 a arranged in the direction of the axis 10 a of the eccentric shaft 10 are arranged in the region of the electric machine 14, which flow-connected to an annular space 51 b in the region of the front side 33 of the first housing part 2 b and / or the cover part 2 d is.
- FIGS. 2 to 5 schematically show an electric-side cooling channel arrangement 51 in the first housing part 2 b, wherein the coolant inlet into the first housing part 2 b is designated by reference numeral 55 and the coolant outlet by reference numeral 56.
- the coolant outlet 56 in FIG. 2 is turned downwards in the sectional plane.
- coolant inlet 55 and coolant outlet 56 are shown in FIG. 2 in the region of end face 33 in order to demonstrate the meander-like coolant flow of loop-like cooling channel 51, a different position in jacket area 2b ', for example on the rotary piston internal combustion engine 1, is especially for coolant outlet 56 Front side 34 possible.
- deflection devices 57 are inserted axially into the initial regions of the cooling chambers 51a.
- deflecting devices 57 may be formed, for example, by plugs 57a or guide ribs or the like.
- the deflection devices 57 are inserted, for example, in co-molded axial receptacles 37 of the first housing part 2b in the annular space 51b.
- the deflecting means 57 in the lid part 2d detachable or non-detachable - for example, by pouring - to order.
- the coolant flowing in the circumferential direction is deflected in the direction of the axis 10a into the cooling chambers 51a and returned along the walls 51a 'back into the annular space 51b.
- the cooling of the first housing part 2b, which governs the electrical machine 14, is uniformly cooled, wherein fine tuning of the heat dissipation can take place by changing the cross section and / or the length of the deflection devices 57.
- the deflecting devices 57 may be formed, for example, by plastic stuffing or the like.
- the cooling chambers 51a are essentially closed in the region of the end face 34, for example by casting, or by a cover part, so that a forced deflection takes place at the end of each cooling chamber 51a.
- FIG. 5 flow lines of the refrigerant flow in the loop-like annular space 51c are shown.
- the deflection devices are only relatively small, ie by an extent which is approximately the axial extent of the annular space 51b, inserted into the cooling chambers 51a. As can be seen, this results in the cooling chambers 51a to flow separation and Verwirbelungserscheinept, which can be improved in these areas of heat transfer.
- the deflection devices 57 which can be moved into the cooling channel arrangement 51, allow a meandering coolant flow in the first housing part 2b surrounding the electric machine 14, and thus the best possible heat dissipation, in a manner very simple in terms of production.
- first piston-side cooling channel arrangement 52 is formed, as shown in FIG. 8.
- the first piston-side cooling channel arrangement 52 consists of a kidney-shaped or curved first cooling channel 52a and a likewise kidney-shaped or arcuate second cooling channel 52b, wherein the first cooling channel 52a is flow-connected via connection openings 52a 'and 52a "to the electro-side cooling channel arrangement 51.
- the second cooling channel 52b ' is also fluidly connected to the electro-side cooling channel arrangement 51 via a connection opening 52b'
- the connection openings 52a ', 52a' on the one hand and 52b ' start from different areas of the annular electro-side cooling channel arrangement 51, so that the cooling liquid with different temperatures in the first and second cooling channel 52a, 52b enters.
- the kidney-shaped first cooling channel 52a is arranged in a hot angular segment region H of the housing 2, that is to say in the region of the combustion and / or the outlet.
- the kidney-shaped second cooling channel 52b is located in a cold angle segment region C of the housing 2, that is, for example, in the region of the inlet.
- the kidney or arcuate first cooling channel 52a extends over an angular range ⁇ of at least 180 °, for example 210 °, about the axis 10a of the eccentric shaft 10.
- the kidney-shaped or arcuate second cooling channel 52b only spans an angle range between approximately 60 ° - - and 120 ° up. As a result, sufficient heat dissipation from the hot angular segment region H is ensured, with supercooling of the cold angular segment region C being avoided.
- FIG. 9 shows a central housing part 2a with a cooling channel arrangement 53 consisting of axial cooling channels 53a. Holes 42a for fastening screws 42 are arranged between cooling channels 53a. As is apparent, in particular, from the detailed illustration of the central cooling channel arrangement 53 shown in FIG. 14, a wet-running fastening screw is provided at the point designated 42 b. The fastening screw penetrates the corre ⁇ chenden cooling channel 53a and is surrounded by coolant directly. This space can be saved and optimal heat dissipation at the place of ignition initiation, especially in the area around and / or between spark plugs, guaranteed.
- Fig. 10 shows a lateral second housing part 2c.
- a lateral second housing part 2c In the area of the piston 4 facing end face 36 of the second housing member 2c has a consisting of a a ⁇ Zigen kidney or arc-shaped cooling channel 54adekanalanord ⁇ voltage 54, wherein the cooling passage 54a from the cold angular segment region C to the hot angular segment region H over an angular range ⁇ extends about the axis 10a of the eccentric shaft 10 of about 250 °.
- the coolant outlet from the second piston-side cooling channel arrangement 54 is indicated by reference numeral 58.
- first housing part 2 b and the second housing part 2 c have completely differently shaped piston-side cooling channel arrangements 52, 54.
- the piston-side cooling channel arrangements 52 and 54 differ both in the number of cooling channels and in the angular ranges ⁇ , ⁇ , ⁇ over which the cooling channels 52a, 54a extend. This design allows a uniform heat dissipation from the thermally stressed areas of the power generation unit 40, wherein each component of the power unit 40 can be heated to the optimum operating temperature.
- FIGS. 11 to 16 each show coolant channel arrangements 51, 52, 53, 54 of the housing 2.
- thedemittekanalan extract 51 and 52 are shown in the second housing part 2b.
- the coolant passes according to the arrow S via the inlet 57 in the electro-side cooling channel arrangement 51.
- a firstdemit ⁇ telstrom flows according to the arrows Si from the beginning of the loop-like cooling channel 51c of the electro-side cooling channel assembly 51 via two flow over - Occit 60a, 60b directly into the hot angle segment H arranged first cooling chamber 52a of the first piston-side cooling chamber assembly 52 and passes through axial cooling channels 53a of the central cooling channel assembly 53 to the cooling chamber 54a of the second piston-side cooling channel assembly 54.
- a second coolant stream S 2 flows to the end of the loop-like cooling channel 51c along the circumference of the jacket region 2b 'and from there via the Strö ⁇ mungsübertritt 60c in the arranged in the cold angle segment C second cooling chamber 52b of the first piston-side cooling chamber assembly 52.
- the second coolant flow S 2 flows through the axial cooling channels 53a of the central cooling channel arrangement 53 into the cooling space 54a of the second piston-side cooling space arrangement 54, where mixing with the first coolant flow Si takes place.
- the common coolant flow S leaves the second piston-side cooling channel arrangement 54 via the outlet 58.
- an excessive cooling of the hot angular segment region H and an op ⁇ timale temperature of the various components to achieve is about 70% to 90%, for example 84%, of the total volume flow in the firstdemit ⁇ telstrom and 10% to 30%, for example 16% , transported in the second coolant flow.
- a rough division takes place through the two flow passages 60a, 60b of the first coolant flow and the flow passage 60c of the second coolant flow from the loop-like cooling channel 51c into the first and second cooling chambers 52a, 52b.
- Fine tuning can be accomplished by accurately defining the flow crossings 61 disposed in the first or second side plates 8, 9 from the arcuate first cooling channel 52a into the axial cooling channels 53a of the central cooling channel assembly 53 by throttling the inflow, as well as by forming the central cooling channel assembly 53 in the central shell 2a ,
- FIGS. 13 and 14 show end views of the cooling chambers 52a, 52b and 54, respectively, of the first and second piston-side cooling channel arrangement 52, 54.
- at least one cooling channel 52a, 52b, 54a of the first or second piston-side cooling channel arrangement 52, 54 in at least one inner arc portion 52 ', 54' has a crescent-shaped channel portion 52a ', 54a' with stepped channel cross-section.
- the flow cross-section is reduced.
- niche-type bulges 52a ", 52b", 54a are provided in the outer arc portions 52", 54 "of the cooling passages 52a, 52b, 54a.
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Abstract
Description
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Kreiskolbenbrennkraftmaschine Rotary piston engine
Die Erfindung betrifft eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit zumindest einem in einer Kammer eines Gehäuses umlaufenden Kreiskolben, wobei die Kammer von einer trochoidenförmigen Lauffläche in einem zentralen Gehäuseteile und von einander beabstandeten, normal zu einer Exzenterwelle angeordneten seitlichen Laufflächen gebildet ist, wobei beidseits an den zentralen Gehäuseteil in Richtung der Achse der Exzenterwelle direkt oder indirekt seitliche Gehäuseteile anschließen, wobei zumindest eine Kühlkanalanordnung im seitlichen ersten Gehäuseteil, im zentralen Gehäuseteil und im seitlichen zweiten Gehäuseteil der Kolbenbrennkraftmaschine von Kühlflüssigkeit eines Kühlkreislauf eines Kühlsystems durchströmbar ist. The invention relates to a rotary piston internal combustion engine having at least one circulating in a chamber of a housing rotary piston, wherein the chamber is formed by a trochoidenförmigen running surface in a central housing parts and spaced from each other, arranged normal to an eccentric shaft side treads, both sides of the central housing part in the direction the axis of the eccentric shaft directly or indirectly connect lateral housing parts, wherein at least one cooling channel arrangement in the lateral first housing part, in the central housing part and in the lateral second housing part of the reciprocating internal combustion engine of coolant a cooling circuit of a cooling system can be flowed through.
Die AT 505 950 Bl beschreibt ein Stromerzeugungsaggregat zur Reichweitenerweiterung eines Elektrofahrzeuges, mit einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine und einem Generator, welcher achsgleich zur Abtriebswelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine und der Generator sind in einem kühl- luftdurchströmten Gehäuse angeordnet und als Einheit ausgebildet. Das Gehäuse weist dabei im Bereich des Kreiskolbens der Kreiskolbenbrennkraftmaschine einen zentralen Gehäuseteil auf, welcher beidseits von seitlichen Gehäuseteilen begrenzt ist, wobei in den seitlichen Gehäuseteilen jeweils ein Lager für die Exzenterwelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist. An den generatorseitigen seitlichen Gehäuseteilen schließt ein Gehäuseteil des Generators und ein diesen abschließender Deckelteil an. Der Gehäuseteil des Generators und der Deckelteil spannen zusammen einen Hohlraum auf, in welchem der Stator und der Rotor des Generators angeordnet ist. The AT 505 950 Bl describes a power generator for range extension of an electric vehicle, with a rotary piston internal combustion engine and a generator which is arranged coaxially with the output shaft of the internal combustion engine. The internal combustion engine and the generator are arranged in a cooling air-flowed housing and formed as a unit. The housing has in the region of the rotary piston of the rotary piston internal combustion engine on a central housing part which is bounded on both sides by lateral housing parts, wherein in each case a bearing for the eccentric shaft of the internal combustion engine is arranged in the lateral housing parts. On the generator side housing parts encloses a housing part of the generator and a final lid this part. The housing part of the generator and the cover part together span a cavity in which the stator and the rotor of the generator is arranged.
Aus der DE 10 2008 026 920 AI ist eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine bekannt, welche im Wesentlichen aus einem Mantelgehäuse, einem endseitigen Seitenteil, einem abtriebsseitigen Seitenteil, einem Kolben und einer Exzenterwelle besteht, wobei die Seitenteile je eine Nabe zur Aufnahme eines Hauptlagers, je eine seitliche Laufbahn für den Kolben, je einen parallel zu den Laufbahnen in den Seitenteilen angeordneten Kühlwasserraum mit einer Wassereinlassöffnung und einer Wasserauslassöffnung und einen Ölraum mit einer Ölausfluss- öffnung aufweisen. Die Seitenteile sind zweiteilig ausgeführt und bestehen aus miteinander verschraubtem Laufbahnteil und Deckelteil. Der jeweils aus einem Eisenguss-Material bestehende Laufbahnteil weist eine kostengünstige Laufbahn für den Kolben auf, während der jeweilige Deckelteil aus Leichtmetall-Guss besteht und Gewichtsvorteile bietet. - - From DE 10 2008 026 920 AI a rotary piston internal combustion engine is known, which consists essentially of a shell housing, an end side part, a driven side part, a piston and an eccentric shaft, wherein the side parts each have a hub for receiving a main bearing, depending on a lateral track for the piston, each having a parallel to the raceways in the side parts arranged cooling water space with a water inlet opening and a water outlet opening and an oil chamber with a Ölausström- opening. The side parts are made in two parts and consist of bolted together raceway part and cover part. Each consisting of a cast iron material raceway part has a low-cost raceway for the piston, while the respective cover part is made of light metal casting and offers weight advantages. - -
Aus der DE 25 19 907 Bl ist eine Kreiskolbenmaschine in Trochoidenbauart mit einem innerhalb eines beidseitig von Seitenteilen begrenzten Gehäusemantels befindlichen Kolben bekannt, wobei das Gehäuse aus scheibenförmigen Teilen aufgebaut ist, welche durch Passstifte zentriert und durch Durchgangsschrauben zusammengehalten werden. An eine die trochoidenförmige Kolbenlaufbahn bildenden zentralen Gehäuseteil schließen dabei ebene Abdeckplatten und daran seitliche Gehäuseteile an, welche die Lager für die Exzenterwelle aufnehmen . From DE 25 19 907 Bl a piston engine Trochoidenbauart with a located within a limited on both sides of housing parts housing shell piston is known, wherein the housing is constructed of disc-shaped parts, which are centered by dowel pins and held together by through bolts. To a the trochoidal piston barrel forming the central housing part close while flat cover plates and side housing parts, which receive the bearings for the eccentric shaft.
Weiters ist aus der DE 101 24 561 AI ein Kreiskolbenmotor in Trochoidenbauart bekannt, bei dem die Seitenscheiben aus einem als Gussteil hergestellten Seitenteil und einer Abdeckscheibe zusammengesetzt werden, wobei der Seitenteil eine Tragfunktion und die Abdeckscheiben nur eine Abdichtfunktion besitzen. In den Seitenteil sind eine Reihe von Rippen eingeformt, welche zusammen mit der Abdeckscheibe Strömungskanäle für eine Kühlflüssigkeit bilden. Eine ähnliche Konstruktion ist aus der US 3,280,802 A bekannt. Furthermore, DE 101 24 561 A1 discloses a troche-type rotary engine in which the side windows are composed of a side part produced as a cast part and a cover plate, the side part having a support function and the cover plates having only one sealing function. In the side part, a series of ribs are formed, which together with the cover plate form flow channels for a cooling liquid. A similar construction is known from US 3,280,802 A.
Aus der DE 36 01 193 AI ist ein aus Stromgenerator und Verbrennungsmotor bestehendes Aggregat bekannt, wobei der Verbrennungsmotor und der Generator einen gemeinsamen Kühlwasserkreislauf besitzen, und wobei die vom Generator kommende, die Generatorwärme abführende Leitung mit dem Kühlwasser- einlass des Verbrennungsmotors verbunden ist. From DE 36 01 193 AI an existing power generator and internal combustion engine unit is known, wherein the internal combustion engine and the generator have a common cooling water circuit, and wherein the coming of the generator, the generator heat laxative line is connected to the cooling water inlet of the internal combustion engine.
Die DE 4 020 416 AI beschreibt einen Generator mit Ankerwellenkühlung, wobei der Generator und ein durch einen Verbrennungsmotor gebildeter Antriebsmotor ein gemeinsames Kühlsystems aufweisen. DE 4 020 416 A1 describes a generator with armature shaft cooling, wherein the generator and a drive motor formed by an internal combustion engine have a common cooling system.
In einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine, insbesondere in einem Stromerzeugungsaggregat, weisen einzelne Bereiche, Bauteile und Komponenten unterschiedliche Wärmeeinträge und verschiedene optimale Betriebstemperaturen auf. In a rotary piston internal combustion engine, in particular in a power generator, individual areas, components and components have different heat inputs and different optimal operating temperatures.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, auf einfache Weise eine bauteilgerechte bestmögliche Wärmeabfuhr zu erzielen. It is the object of the invention to achieve in a simple manner a component-appropriate best possible heat dissipation.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, eine erste kolbenseitige Kühlkanalanordnung des seitlichen ersten Gehäuseteil, eine zentrale Kühlkanalanordnung des zentralen Gehäuseteil und eine zweite kolbenseitige Kühlkanalanordnung des seitlichen zweiten Gehäuseteil im Kühlkreislauf des Kühlsystems in der angegebenen Reihenfolge nacheinander durchströmbar sind, wobei vorzugsweise im Bereich des ersten Gehäuseteiles oder eines den ersten Gehäuseteil abschließenden Deckelteils ein Kühlmitteleintritt und im Bereich des zweiten Gehäuseteils oder eines den zweiten Gehäuseteil abschließenden Deckelteiles ein Kühlmittelaustritt angeordnet ist. - - According to the invention, this is achieved by a first piston-side cooling channel arrangement of the lateral first housing part, a central cooling channel arrangement of the central housing part and a second piston-side cooling channel arrangement of the lateral second housing part in the cooling circuit of the cooling system in the order indicated are successively flowed through, preferably in the region of the first housing part or a coolant inlet entering the first housing part and a coolant outlet in the region of the second housing part or a cover part closing the second housing part. - -
Besonders bei zumindest einer achsgleich mit der Exzenterwelle im gleichen Gehäuse wie die Kreiskolbenbrennkraftmaschine angeordneter elektrischer Maschine, welche mit der Kreiskolbenbrennkraftmaschine eine ein Stromerzeugungsaggregat, insbesondere zur Reichweitenausdehnung eines Elektrofahrzeuges, ausbildende Einheit bildet, können somit alle Bauteile, welche eine niedrigere Betriebstemperatur als die Kolbenbrennkraftmaschine aufweisen, im Kühlkreislauf vor der Kolbenbrennkraftmaschine durch den kühlen Strang des Kühlsystems gekühlt werden. Um eine ausreichende Kühlung der elektrischen Maschine zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn zur Kühlung der elektrischen Maschine, vorzugsweise im seitlichen ersten Gehäuseteil, eine elektroseitige Kühlkanalanordnung angeordnet ist, welche im Kühlkreislauf des Kühlsystems angeordnet ist, wobei besonders vorzugsweise die Kühlkanalanordnungen des die elektrische Maschine aufnehmenden seitlichen ersten Gehäuseteils, des zentralen Gehäuseteils und des seitlichen zweiten Gehäuseteils im Kühlkreislauf nacheinander durchströmbar sind. Especially with at least one coaxially with the eccentric shaft in the same housing as the rotary piston internal combustion engine arranged electric machine which forms a power generator, in particular the range expansion of an electric vehicle, forming unit with the rotary piston engine, thus all components having a lower operating temperature than the reciprocating internal combustion engine, be cooled in the cooling circuit before the reciprocating internal combustion engine by the cool strand of the cooling system. In order to ensure sufficient cooling of the electrical machine, it is advantageous if, for cooling the electric machine, preferably in the lateral first housing part, an electro-sided cooling channel arrangement is arranged, which is arranged in the cooling circuit of the cooling system, wherein particularly preferably the cooling channel arrangements of the electric machine receiving side first housing part, the central housing part and the lateral second housing part in the cooling circuit can be flowed through successively.
Kreiskolbenbrennkraftmaschinen weisen - rund um die Achse der Exzenterwelle betrachtet - einen kalten Winkelsegmentbereich des Gehäuses im Einlassbereich und einen heißen Winkelsegmentbereich des Gehäuses im Verbrennungs- und Auslassbereich auf. Diese beiden Winkelsegmentbereiche weisen unterschiedlichen Wärmeeintrag und somit einen unterschiedlichen Kühlbedarf auf. Um dem gerecht zu werden, sind die Kühlräume nicht drehsymmetrisch um die Achse der Exzenterwelle angeordnet. As viewed around the axis of the eccentric shaft, rotary piston internal combustion engines have a cold angular segment region of the housing in the inlet region and a hot angular segment region of the housing in the combustion and exhaust region. These two angular segment areas have different heat input and thus a different cooling requirement. To meet this, the cooling chambers are not arranged rotationally symmetrical about the axis of the eccentric shaft.
Eine bestmögliche Wärmeabfuhr aus der den Kreiskolben beinhaltenden Kammer der Kreiskolbenbrennkraftmaschine lässt sich erzielen, wenn die im Bereich einer eine erste seitliche Lauffläche ausbildenden ersten Seitenwand angeordnete erste kolbenseitige Kühlkanalanordnung zumindest einen sich in einem heißen Winkelsegmentbereich der Kreiskolbenbrennkraftmaschine sich um einen Winkel von mindestens 180° bogenförmig erstreckenden ersten Kühlkanal aufweist, welcher mit der zentralen Kühlkanalanordnung strömungsverbunden ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die erste kolbenseitige Kühlraumanordnung einen vom ersten Kühlkanal getrennten, mit der zentralen Kühlkanalanordnung strömungs- verbundenen bogenförmigen zweiten Kühlkanal in einem kalten Winkelsegmentbereich der Kreiskolbenbrennkraftmaschine aufweist, wobei vorzugsweise sich der zweite Kühlraum über einen Winkelbereich zwischen 60° bis 120°, besonders vorzugsweise von 90° um die Achse der Exzenterwelle erstreckt. The best possible heat removal from the chamber of the rotary piston engine containing the rotary piston can be achieved if the first piston side arrangement arranged in the region of a first side running surface forming a first side wall at least one extending in an arc segment of the rotary piston engine at an angle of at least 180 ° first cooling channel, which is fluidly connected to the central cooling channel arrangement. It is particularly advantageous if the first piston-side cooling space arrangement comprises a separate from the first cooling channel, connected to the central cooling channel arrangement arcuate second cooling channel in a cold angular segment region of the rotary piston internal combustion engine, preferably the second cooling chamber over an angular range between 60 ° to 120 ° , Particularly preferably extends from 90 ° about the axis of the eccentric shaft.
Eine besonders gute Kühlung der elektrischen Maschine kann erreicht werden, wenn die elektroseitige Kühlkanalanordnung im Eintrittsbereich zumindest eines die elektrische Maschine umgebenden zylindrischen Mantelbereiches der ersten Gehäuseteiles zumindest einen vorzugsweise schleifenartig geformten Ringkanal - - aufweist. Um die Kühlung des heißen Winkelsegmentbereiches und des kalten Winkelsegmentbereiches der Brennkraftmaschine genau abstimmen zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Kühlraum und der zweite Kühlraum der ersten kolbenseitigen Kühlraumanordnung mit unterschiedlichen Bereichen des Ringkanals strömungsverbunden sind. A particularly good cooling of the electric machine can be achieved if the electro-side cooling channel arrangement in the inlet region of at least one cylindrical jacket region of the first housing part surrounding the electric machine has at least one preferably loop-shaped annular channel - - having. In order to be able to precisely tune the cooling of the hot angular segment region and of the cold angular segment region of the internal combustion engine, it is particularly advantageous if the first cooling chamber and the second cooling chamber of the first piston-side cooling chamber arrangement are flow-connected to different regions of the annular channel.
Zur Erzielung einer gleichmäßigen Wärmeabfuhr ist es besonders vorteilhaft, wenn dass der zweite Gehäuseteil im Bereich einer die zweite Führungsfläche ausbildenden zweiten Seitenwand eine mit der zentralen Kühlraumanordnung strömungsverbundene zweite kolbenseitige Kühlraumanordnung aufweist, wobei vorzugsweise die zweite kolbenseitige Kühlraumanordnung einen, besonders bevorzugt nur einen einzigen im heißen Winkelsegmentbereich der Kreiskolben- brennkraftmaschine angeordneten bogenförmigen Kühlkanal aufweist, welcher sich über einen Winkelbereich von mindestens 180°, vorzugsweise von mindestens 225°, besonders vorzugsweise um einen Winkelbereich von mindestens 240°, um die Achse der Exzenterwelle erstreckt. To achieve a uniform heat dissipation, it is particularly advantageous if the second housing part in the region of a second side wall forming the second guide surface has a second cooling chamber connected to the central cooling chamber arrangement second piston side cooling chamber arrangement, preferably the second piston side cooling chamber arrangement one, more preferably only a single hot Angular segment region of the rotary piston engine has arranged arcuate cooling channel, which extends over an angular range of at least 180 °, preferably of at least 225 °, more preferably by an angular range of at least 240 °, about the axis of the eccentric shaft.
In Berechnungen und Versuchen hat sich gezeigt, dass die besten Ergebnisse hinsichtlich einer gleichmäßigen Temperaturverteilung erzielt werden können, wenn die erste und die zweite kolbenseitige Kühlraumanordnung unterschiedlich sind, vorzugsweise unterschiedliche Anzahlen an Kühlräumen aufweisen und/ oder die Kühlräume der ersten Kühlraumanordnung und der zweiten Kühlraumanordnung unterschiedliche Winkelbereiche um die Achse der Exzenterwelle abdecken. Calculations and tests have shown that the best results in terms of a uniform temperature distribution can be achieved when the first and second piston-side cooling chamber arrangement are different, preferably have different numbers of cooling chambers and / or the cooling chambers of the first cooling chamber arrangement and the second cooling chamber arrangement different Cover angular areas around the axis of the eccentric shaft.
Zur Berücksichtigung von unterschiedlichen Wärmeeinträgen und Bauteiltemperaturen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine kann weiters im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die elektroseitige Kühlkanalanordnung und die erste kolbenseitige Kühlanordnung zumindest teilweise parallel im Kühlkreislauf des Kühlsystems angeordnet sind, wobei vorzugsweise ein durch den schleifenartig geformten Ringkanal geleiteter und besonders vorzugsweise danach dem zweiten Kühlkanal zugeführter zweiter Kühlmittelstrom geringer ist, als ein direkt der ersten kolbenseitigen Kühlkanalanordnung, vorzugsweise dem ersten Kühlkanal zugeführter erster Kühlmittelstrom . Dabei kann sich der erste Kühlmittelstrom nach Durchströmen der Kühlkanäle im heißen Winkelsegmentbereich mit dem zweiten Kühlmittelstrom nach dessen Durchströmen der Kühlkanäle im kalten Winkelsegmentbereich im Bereich des Kühlkanals des zweiten Gehäuseteils vereinigen. Simulationen haben gezeigt, dass eine besonders günstige Temperierung der einzelnen Bauteile erzielt werden kann, wenn der Volumenstrom des ersten Kühlmittelstromes etwa 70% bis 90%, vorzugsweise 80% bis 88%, des, vorzugsweise dem Gehäuse zugeführten und/oder aus dem Kühlkanal des zweiten seitlichen Gehäuseteils abgeführten, gesamten Kühlmittel- - - To account for different heat inputs and component temperatures of the electric machine and the internal combustion engine may further be provided in the invention that the electro-side cooling channel assembly and the first piston-side cooling arrangement are at least partially arranged in parallel in the cooling circuit of the cooling system, preferably guided by the loop-shaped annular channel and, preferably, second coolant flow supplied to the second cooling channel is smaller than a first coolant flow fed directly to the first piston-side cooling channel arrangement, preferably to the first cooling channel. In this case, after passing through the cooling channels in the hot angular segment region, the first coolant stream can merge with the second coolant stream after it has flowed through the cooling channels in the cold angular segment region in the region of the cooling channel of the second housing part. Simulations have shown that a particularly favorable temperature of the individual components can be achieved if the volume flow of the first coolant flow about 70% to 90%, preferably 80% to 88%, preferably, supplied to the housing and / or from the cooling channel of the second lateral housing part discharged, entire coolant - -
Stromes beträgt. Dies ermöglicht eine exzessive Kühlung der heißen Winkelsegmentbereiche. Electricity is. This allows for excessive cooling of the hot angle segment areas.
Um Bauteile einzusparen, können die Seitenwände einstückig mit dem ersten bzw. zweiten Gehäuseteil ausgebildet sein. Das Gewicht und der Herstellungsaufwand lassen sich reduzieren und/oder die Lebensdauer der Kreiskolbenbrenn- kraftmaschine erhöhen, wenn die erste und/oder die zweite Seitenwand durch eine zwischen dem ersten bzw. zweiten Gehäuseteil und dem zentralen Gehäuseteil angeordnete separate Seitenplatte gebildet ist, welche vorzugsweise aus einem unterschiedlichem Material als der seitliche erste bzw. zweite Gehäuseteil oder der zentrale Gehäuseteil besteht. Beispielsweise können die Seitenplatten aus Stahl, Grauguss oder Keramik bestehen und die Gehäuseteile aus einer Alu- miniumdruckguss gebildet werden. To save components, the side walls may be integrally formed with the first and second housing part. The weight and the production costs can be reduced and / or increase the service life of the rotary piston internal combustion engine if the first and / or the second side wall is formed by a separate side plate arranged between the first and second housing part and the central housing part, which preferably extends a different material than the lateral first and second housing part or the central housing part. For example, the side plates made of steel, gray cast iron or ceramic and the housing parts are made of an aluminum die-cast.
Der seitliche erste Gehäuseteil, der zentrale Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil, vorzugsweise auch zumindest eine Seitenplatte, können durch achsparallele Befestigungsschrauben miteinander verbunden sein, welche einen der beiden seitlichen Gehäuseteile, den zentralen Gehäuseteil und die Seitenplatten durchsetzen und mit dem anderen seitlichen verschraubt sind. The lateral first housing part, the central housing part and the second housing part, preferably also at least one side plate may be connected to each other by axially parallel fastening screws, which pass through one of the two lateral housing parts, the central housing part and the side plates and bolted to the other side.
Um insbesondere im Bereich des Zündortes eine besonders gute Wärmeabfuhr zu erreichen kann zumindest eine im heißen Winkelsegmentbereich angeordnete Befestigungsschraube nass ausgeführt sein und einen achsparallelen Kühlkanal der zentralen Kühlkanalanordnung durchdringen. In order to achieve particularly good heat dissipation, in particular in the region of the ignition location, at least one fastening screw arranged in the hot angular segment region can be made wet and penetrate an axially parallel cooling channel of the central cooling channel arrangement.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen : The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it :
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Stromerzeugungsaggregat; 1 shows an inventive power generation unit.
Fig. 2 eine elektroseitige Kühlkanalanordnung des ersten Gehäuseteils in einem schnittgemäß der Linie II - II; Fig. 2 is an electrical side cooling channel arrangement of the first housing part in a section along the line II - II;
Fig. 3 die elektroseitige Kühlraumanordnung in einer stirnseitigen Ansicht; 3 shows the electro-side cold room arrangement in an end view;
Fig. 4 und Fig. 5 eine elektroseitige Kühlkanalanordnung in jeweils einer Fig. 4 and Fig. 5, an electric side cooling channel arrangement in each one
Schrägansicht; und Tilt; and
Fig. 6 den ersten Gehäuseteil in einer Schrägansicht von der Seite des 6 shows the first housing part in an oblique view from the side of the
Deckelteiles; Cover part;
Fig. 7 den ersten Gehäuseteil in einer weiteren Schrägansicht; - - 7 shows the first housing part in a further oblique view; - -
Fig. 8 den ersten Gehäuseteil in einer Schrägansicht von der Seite des 8 shows the first housing part in an oblique view from the side of the
Kreiskolbens; Rotary piston;
Fig. 9 einen zentralen Gehäuseteil in einer Seitenansicht; 9 shows a central housing part in a side view;
Fig. 10 einen zweiten Gehäuseteil in einer Seitenansicht von der Seite des 10 shows a second housing part in a side view from the side of
Kreiskolbens; Rotary piston;
Fig. 11 Kühlsystemanordnungen des ersten Gehäuseteils in einer Seitenansicht; FIG. 11 a cooling system arrangements of the first housing part in a side view; FIG.
Fig. 12 diese Kühlsystemanordnungen des ersten Gehäuseteils in einer Fig. 12 shows these cooling system arrangements of the first housing part in a
Schrägansicht; Tilt;
Fig.13 eine erste kolbenseitige Kühlkanalanordnung; FIG. 13 shows a first piston-side cooling channel arrangement; FIG.
Fig. 14 eine zweite kolbenseitige Kühlkanalanordnung; FIG. 14 shows a second piston-side cooling channel arrangement; FIG.
Fig. 15 die Kühlkanalanordnungen des Stromerzeugungsaggregates in einer Schrägansicht; und FIG. 15 the cooling channel arrangements of the power generation unit in an oblique view; FIG. and
Fig. 16 das Detail XVI der zentralen Kühlmittelanordnung aus Fig. 15. 16 shows the detail XVI of the central coolant arrangement from FIG. 15.
Fig. 1 zeigt ein Stromerzeugungsaggregat 40 (Range Extender), insbesondere zur Reichweitenausdehnung eines Elektrofahrzeuges, wobei in einem Gehäuse 2 eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 und eine beispielsweise permanenterregte elektrische Maschine 14 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 weist eine Kammer 3 auf, in welcher ein Kreiskolben 4 entlang einer trochoidenförmigen Lauffläche 5 des Gehäuses 2 umlaufend angeordnet ist. Die Kammer 3 wird dabei durch die trochoidenförmige Lauffläche 5 und durch seitliche Laufflächen 6, 7 gebildet. Das Gehäuse 2 weist einen die trochoidenförmige Lauffläche 5 ausbildenden zentralen Gehäuseteil 2a, seitliche Gehäuseteile 2b und 2c, vorzugsweise den zentralen Gehäuseteil 2a begrenzende Seitenplatten 8, 9, sowie einen den seitlichen ersten Gehäuseteil 2b begrenzenden Deckelteil 2d auf. Fig. 1 shows a power generation unit 40 (range extender), in particular for range expansion of an electric vehicle, wherein in a housing 2, a rotary piston internal combustion engine 1 and an example permanent-magnet electric machine 14 is arranged. The housing 2 has a chamber 3, in which a rotary piston 4 along a trochoidenförmigen running surface 5 of the housing 2 is arranged circumferentially. The chamber 3 is formed by the trochoidal tread 5 and by lateral treads 6, 7. The housing 2 has a trochoidal tread 5 forming the central housing part 2a, lateral housing parts 2b and 2c, preferably the central housing part 2a limiting side plates 8, 9, and a lateral housing part 2b limiting the lid part 2d.
In jedem der seitlichen Gehäuseteile 2b, 2c ist eine in einem inneren Gehäuseraum 15 angeordnete, durch den Kreiskolben 4 angetriebene Exzenterwelle 10 über beispielsweise als Wälzlager ausgebildete Lager 11, 12 drehbar gelagert. Wellengleich mit der Exzenterwelle 10 ist der Rotor 13 der im gleichen Gehäuse 2 angeordneten elektrischen Maschine ausgebildet. Der das Lager 11 aufnehmende seitliche erste Gehäuseteile 2b weist einen glockenartigen, zylindrischen Mantelbereich 2b' auf, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Innenraum 15a aufspannt, in dem der Rotor 13, sowie der Stator 14a der elektrischen Ma- - - schine 14 angeordnet ist. Der zylindrische Innenraum 15a wird durch einen in Fig. 1 an den Gehäuseteil 2b anschließenden Deckelteil 2d abgeschlossen. In each of the lateral housing parts 2b, 2c, an eccentric shaft 10, which is arranged in an inner housing space 15 and is driven by the rotary piston 4, is rotatably mounted via bearings 11, 12, which are designed, for example, as roller bearings. Shaft equal to the eccentric shaft 10 of the rotor 13 is formed in the same housing 2 arranged electrical machine. The bearing 11 receiving side first housing parts 2b has a bell-shaped, cylindrical shell portion 2b ', which spans a substantially cylindrical interior 15a, in which the rotor 13, and the stator 14a of the electric Ma - - Machine 14 is arranged. The cylindrical interior 15a is closed by a in Fig. 1 adjoining the housing part 2b lid part 2d.
Die elektrische Maschine 14 und die Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 weisen ein gemeinsames Kühlsystem 50 auf, wobei in den Gehäuseteilen 2d, 2b, 2a und 2c vorgesehenen Kühlkanalanordnungen 51, 52, 53 und 54 nacheinander durchströmt werden. Somit werden hintereinander die elektrische Maschine 14 und dann die Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 gekühlt. Eine ringförmige elektrosei- tige Kühlkanalanordnung 51 kann dabei teilweise durch den Deckelteil 2d und teilweise durch den ersten Gehäuseteil 2b gebildet sein. The electric machine 14 and the rotary piston internal combustion engine 1 have a common cooling system 50, wherein in the housing parts 2d, 2b, 2a and 2c provided cooling channel arrangements 51, 52, 53 and 54 are flowed through successively. Thus, in succession, the electric machine 14 and then the rotary piston internal combustion engine 1 are cooled. An annular, electrically conductive cooling channel arrangement 51 can be formed in part by the cover part 2d and partly by the first housing part 2b.
Im ersten Gehäuseteil 2b sind im Bereich der elektrischen Maschine 14 eine Anzahl von in Richtung der Achse 10a der Exzenterwelle 10 angeordnete Kühlkammern 51a angeordnet, welche mit einem Ringraum 51b im Bereich der Stirnseite 33 des ersten Gehäuseteiles 2b und/oder des Deckelteiles 2d strömungsverbun- den ist. In the first housing part 2 b, a number of cooling chambers 51 a arranged in the direction of the axis 10 a of the eccentric shaft 10 are arranged in the region of the electric machine 14, which flow-connected to an annular space 51 b in the region of the front side 33 of the first housing part 2 b and / or the cover part 2 d is.
Die Fig. 2 bis Fig. 5 zeigen schematisch eine elektroseitige Kühlkanalanordnung 51 im ersten Gehäuseteil 2b, wobei der Kühlmitteleintritt in den ersten Gehäuseteil 2b mit Bezugszeichen 55 und der Kühlmittelaustritt mit Bezugszeichen 56 bezeichnet ist. Zur Demonstration des durch die Pfeile dargestellten Strömungsweges der Kühlflüssigkeit ist in Fig. 2 der Kühlmittelaustritt 56 in die Schnittebene nach unten gedreht. Zwar sind zur Demonstration der mäanderartigen Kühlmittelströmung des schleifenartigen Kühlkanals 51c Kühlmitteleintritt 55 und Kühlmittelaustritt 56 in Fig. 2 im Bereich der Stirnseite 33 dargestellt, allerdings ist insbesondere für den Kühlmittelaustritt 56 auch eine andere Position im Mantelbereich 2b', beispielsweise an der der Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 zugewandten Stirnseite 34 möglich. FIGS. 2 to 5 schematically show an electric-side cooling channel arrangement 51 in the first housing part 2 b, wherein the coolant inlet into the first housing part 2 b is designated by reference numeral 55 and the coolant outlet by reference numeral 56. In order to demonstrate the flow path of the cooling liquid represented by the arrows, the coolant outlet 56 in FIG. 2 is turned downwards in the sectional plane. Although coolant inlet 55 and coolant outlet 56 are shown in FIG. 2 in the region of end face 33 in order to demonstrate the meander-like coolant flow of loop-like cooling channel 51, a different position in jacket area 2b ', for example on the rotary piston internal combustion engine 1, is especially for coolant outlet 56 Front side 34 possible.
Um eine für die Kühlung der elektrischen Maschine 14 optimale mäanderförmige Kühlmittelströmung durch den schleifenartigen Ringkanal 51c in dem den Stator 14a und den Rotor 13 umgebenden zylindrischen Mantelbereich 2b' des ersten Gehäuseteiles 2b zu ermöglichen, sind in die Anfangsbereiche der Kühlkammern 51a Umlenkeinrichtungen 57 axial eingeschoben, welche Umlenkeinrichtungen 57 beispielsweise durch Stopfen 57a oder Leitrippen oder dergleichen gebildet sein können. Die Umlenkeinrichtungen 57 werden beispielsweise in mitgegossene axiale Aufnahmen 37 des ersten Gehäuseteils 2b im Ringraum 51b eingeschoben. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Umlenkeinrichtungen 57 im Deckelteil 2d lösbar oder unlösbar - beispielsweise durch Mitgießen - anzuordnen. Durch die Umlenkeinrichtungen 57 wird das in Umfangsrichtung einströmende Kühlmittel in Richtung der Achse 10a in die Kühlkammern 51a abgelenkt und entlang der Wände 51a' wieder in den Ringraum 51b zurückgeführt. Durch diese schleifenar- - - tige Bewegung des Kühlmittels wird der für die elektrische Maschine 14 maßgebende Kühlbereich des ersten Gehäuseteils 2b gleichmäßig gekühlt, wobei eine Feinabstimmung der Wärmeabfuhr durch Verändern des Querschnittes und/oder der Länge der Umlenkeinrichtungen 57 erfolgen kann. Die Umlenkeinrichtungen 57 können beispielsweise durch Kunststoff stopfen oder dergleichen gebildet sein. In order to enable a meandering coolant flow which is optimal for cooling the electric machine 14 through the loop-like annular channel 51c in the cylindrical jacket region 2b 'of the first housing part 2b surrounding the stator 14a and the rotor 13, deflection devices 57 are inserted axially into the initial regions of the cooling chambers 51a. which deflecting devices 57 may be formed, for example, by plugs 57a or guide ribs or the like. The deflection devices 57 are inserted, for example, in co-molded axial receptacles 37 of the first housing part 2b in the annular space 51b. Alternatively, it is also possible, the deflecting means 57 in the lid part 2d detachable or non-detachable - for example, by pouring - to order. By deflecting means 57, the coolant flowing in the circumferential direction is deflected in the direction of the axis 10a into the cooling chambers 51a and returned along the walls 51a 'back into the annular space 51b. Through this loop The cooling of the first housing part 2b, which governs the electrical machine 14, is uniformly cooled, wherein fine tuning of the heat dissipation can take place by changing the cross section and / or the length of the deflection devices 57. The deflecting devices 57 may be formed, for example, by plastic stuffing or the like.
Die Kühlkammern 51a sind im Bereich der Stirnseite 34 im Wesentlichen geschlossen, beispielsweise gusstechnisch, oder durch ein Abdeckteil, so dass am Ende jeder Kühlkammer 51a eine erzwungene Umlenkung erfolgt. The cooling chambers 51a are essentially closed in the region of the end face 34, for example by casting, or by a cover part, so that a forced deflection takes place at the end of each cooling chamber 51a.
In Fig. 5 sind Stromlinien der Kühlmittelströmung im schleifenartigen Ringraum 51c dargestellt. Die Umlenkeinrichtungen sind dabei nur relativ wenig, also um ein Ausmaß, welches etwa der axialen Erstreckung des Ringraumes 51b beträgt, in die Kühlkammern 51a eingeschoben. Wie ersichtlich, kommt es dadurch in den Kühlkammern 51a zu Strömungsablösungen und Verwirbelungserscheinungen, wodurch in diesen Bereichen der Wärmetransport verbessert werden kann. In Fig. 5, flow lines of the refrigerant flow in the loop-like annular space 51c are shown. The deflection devices are only relatively small, ie by an extent which is approximately the axial extent of the annular space 51b, inserted into the cooling chambers 51a. As can be seen, this results in the cooling chambers 51a to flow separation and Verwirbelungserscheinungen, which can be improved in these areas of heat transfer.
Die in die Kühlkanalanordnung 51 einfahrbaren Umlenkeinrichtungen 57 ermöglichen auf eine herstellungsmäßig sehr einfache Weise eine mäanderförmige Kühlmittelströmung in dem die elektrische Maschine 14 umgebenden ersten Gehäuseteil 2b und somit eine bestmögliche Wärmeabfuhr. The deflection devices 57, which can be moved into the cooling channel arrangement 51, allow a meandering coolant flow in the first housing part 2b surrounding the electric machine 14, and thus the best possible heat dissipation, in a manner very simple in terms of production.
In der dem Kreiskolben 4 zugewandten Stirnseite 34 des ersten Gehäuseteiles 2b ist eine erste kolbenseitige Kühlkanalanordnung 52 eingeformt, wie aus Fig. 8 hervorgeht. Die erste kolbenseitige Kühlkanalanordnung 52 besteht aus einem nieren- oder bogenförmige ersten Kühlkanal 52a und einem ebenfalls nieren- oder bogenförmige zweiten Kühlkanal 52b, wobei der erste Kühlkanal 52a über Verbindungsöffnungen 52a' und 52a" mit der elektroseitigen Kühlkanalanordnung 51 strömungsverbunden ist. Der zweite Kühlkanal 52b' ist ebenfalls über eine Verbindungsöffnung 52b' mit der elektroseitigen Kühlkanalanordnung 51 strömungsverbunden ist. Die Verbindungsöffnungen 52a', 52a" einerseits und 52b' gehen dabei von unterschiedlichen Bereichen der ringförmigen elektroseitigen Kühlkanalanordnung 51 aus, so dass die Kühlflüssigkeit mit unterschiedlichen Temperaturen in den ersten und zweiten Kühlkanal 52a, 52b eintritt. Der nierenförmige erste Kühlkanal 52a ist dabei in einem heißen Winkelsegmentbereich H des Gehäuses 2, also im Bereich der Verbrennung und/oder des Auslasses, angeordnet. Der nierenförmige zweite Kühlkanal 52b hingegen befindet sich in einem kalten Winkelsegmentbereich C des Gehäuses 2, also beispielsweise im Bereich des Einlasses. Der nieren- oder bogenförmige erste Kühlkanal 52a erstreckt sich über einen Winkelbereich α von mindestens 180°, beispielsweise 210°, um die Achse 10a der Exzenterwelle 10. Der nieren- oder bogenförmige zweite Kühlkanal 52b spannt dagegen nur einen Winkelbereich zwischen etwa 60 - - und 120° auf. Dadurch wird eine ausreichende Wärmeabfuhr aus dem heißen Winkelsegmentbereich H gewährleistet, wobei eine Unterkühlung des kalten Winkelsegmentbereiches C vermieden wird. In the end face 34 of the first housing part 2b facing the rotary piston 4, a first piston-side cooling channel arrangement 52 is formed, as shown in FIG. 8. The first piston-side cooling channel arrangement 52 consists of a kidney-shaped or curved first cooling channel 52a and a likewise kidney-shaped or arcuate second cooling channel 52b, wherein the first cooling channel 52a is flow-connected via connection openings 52a 'and 52a "to the electro-side cooling channel arrangement 51. The second cooling channel 52b 'is also fluidly connected to the electro-side cooling channel arrangement 51 via a connection opening 52b' The connection openings 52a ', 52a' on the one hand and 52b 'start from different areas of the annular electro-side cooling channel arrangement 51, so that the cooling liquid with different temperatures in the first and second cooling channel 52a, 52b enters. The kidney-shaped first cooling channel 52a is arranged in a hot angular segment region H of the housing 2, that is to say in the region of the combustion and / or the outlet. The kidney-shaped second cooling channel 52b, however, is located in a cold angle segment region C of the housing 2, that is, for example, in the region of the inlet. The kidney or arcuate first cooling channel 52a extends over an angular range α of at least 180 °, for example 210 °, about the axis 10a of the eccentric shaft 10. The kidney-shaped or arcuate second cooling channel 52b, on the other hand, only spans an angle range between approximately 60 ° - - and 120 ° up. As a result, sufficient heat dissipation from the hot angular segment region H is ensured, with supercooling of the cold angular segment region C being avoided.
Fig. 9 zeigt einen zentralen Gehäuseteil 2a mit einer aus axialen Kühlkanälen 53a bestehenden Kühlkanalanordnung 53. Zwischen Kühlkanälen 53a sind Bohrungen 42a für Befestigungsschrauben 42 angeordnet. Wie insbesondere aus der in Fig. 14 dargestellten Detaildarstellung der zentralen Kühlkanalanordnung 53 hervorgeht, ist an der mit 42b bezeichneten Stelle eine nass ausgeführte Befestigungs¬ schraube vorgesehen. Die Befestigungsschraube durchdringt dabei den entspre¬ chenden Kühlkanal 53a und wird von Kühlflüssigkeit direkt umströmt. Dadurch kann Platz gespart werden und eine optimale Wärmeabfuhr am Ort der Zündungseinleitung, insbesondere im Bereich um und/oder zwischen Zündkerzen, gewährleistet werden. 9 shows a central housing part 2a with a cooling channel arrangement 53 consisting of axial cooling channels 53a. Holes 42a for fastening screws 42 are arranged between cooling channels 53a. As is apparent, in particular, from the detailed illustration of the central cooling channel arrangement 53 shown in FIG. 14, a wet-running fastening screw is provided at the point designated 42 b. The fastening screw penetrates the corre ¬ chenden cooling channel 53a and is surrounded by coolant directly. This space can be saved and optimal heat dissipation at the place of ignition initiation, especially in the area around and / or between spark plugs, guaranteed.
Fig. 10 zeigt einen seitlichen zweiten Gehäuseteil 2c. Im Bereich der dem Kolben 4 zugewandten Stirnseite 36 weist der zweite Gehäuseteil 2c eine aus einem ein¬ zigen nieren- oder bogenförmigen Kühlkanal 54a bestehende Kühlkanalanord¬ nung 54 auf, wobei sich der Kühlkanal 54a vom kalten Winkelsegmentbereich C bis zum heißen Winkelsegmentbereich H über einen Winkelbereich γ um die Achse 10a der Exzenterwelle 10 von etwa 250° erstreckt. Der Kühlmittelaustritt aus der zweiten kolbenseitigen Kühlkanalanordnung 54 ist mit Bezugszeichen 58 angedeutet. Fig. 10 shows a lateral second housing part 2c. In the area of the piston 4 facing end face 36 of the second housing member 2c has a consisting of a a ¬ Zigen kidney or arc-shaped cooling channel 54a Kühlkanalanord ¬ voltage 54, wherein the cooling passage 54a from the cold angular segment region C to the hot angular segment region H over an angular range γ extends about the axis 10a of the eccentric shaft 10 of about 250 °. The coolant outlet from the second piston-side cooling channel arrangement 54 is indicated by reference numeral 58.
Aus den Fig. 8 und Fig. 10 ist ersichtlich, dass erster Gehäuseteil 2b und zweiter Gehäuseteil 2c vollkommen unterschiedlich gestaltete kolbenseitige Kühlkanalanordnungen 52, 54 aufweisen. Die kolbenseitigen Kühlkanalanordnungen 52 und 54 unterscheiden sich sowohl in der Anzahl der Kühlkanäle, als auch in den Winkelbereichen α, ß, γ, über welchen sich die Kühlkanäle 52a, 54a erstrecken. Diese Ausbildung ermöglicht eine gleichmäßige Wärmeabfuhr aus den thermisch beanspruchten Bereichen des Stromerzeugungsaggregats 40, wobei jede Komponente des Stromaggregates 40 auf die optimale Betriebstemperatur temperiert werden kann. It can be seen from FIGS. 8 and 10 that the first housing part 2 b and the second housing part 2 c have completely differently shaped piston-side cooling channel arrangements 52, 54. The piston-side cooling channel arrangements 52 and 54 differ both in the number of cooling channels and in the angular ranges α, β, γ over which the cooling channels 52a, 54a extend. This design allows a uniform heat dissipation from the thermally stressed areas of the power generation unit 40, wherein each component of the power unit 40 can be heated to the optimum operating temperature.
Die Fig. 11 bis Fig. 16 zeigen jeweils Kühlmittelkanalanordnungen 51, 52, 53, 54 des Gehäuses 2. FIGS. 11 to 16 each show coolant channel arrangements 51, 52, 53, 54 of the housing 2.
In Fig. 11 und Fig. 12 sind die Kühlmittekanalanordnungen 51 und 52 im zweiten Gehäuseteil 2b dargestellt. Das Kühlmittel gelangt gemäß dem Pfeil S über den Eintritt 57 in die elektroseitige Kühlkanalanordnung 51. Ein erster Kühlmit¬ telstrom strömt gemäß den Pfeilen Si vom Beginn des schleifenartigen Kühlkanals 51c der elektroseitigen Kühlkanalanordnung 51 über zwei Strömungsüber- - - tritte 60a, 60b direkt in den im heißen Winkelsegmentbereich H angeordneten ersten Kühlraum 52a der ersten kolbenseitigen Kühlraumanordnung 52 und gelangt über axiale Kühlkanäle 53a der zentralen Kühlkanalanordnung 53 zum Kühlraum 54a der zweiten kolbenseitigen Kühlkanalanordnung 54. Ein zweiter Kühlmittelstrom S2 strömt bis zum Ende des schleifenartigen Kühlkanals 51c entlang des Umfanges des Mantelbereiches 2b' und von dort über den Strö¬ mungsübertritt 60c in den im kalten Winkelsegmentbereich C angeordneten zweiten Kühlraum 52b der ersten kolbenseitigen Kühlraumanordnung 52. Vom zweiten Kühlraum 52b strömt der zweite Kühlmittestrom S2 über die axialen Kühlkanäle 53a der zentralen Kühlkanalanordnung 53 in den Kühlraum 54a der zweiten kolbenseitigen Kühlraumanordnung 54, wo eine Vermischung mit dem ersten Kühlmittelstrom Si stattfindet. Der gemeinsame Kühlmittelstrom S ver- lässt die zweite kolbenseitige Kühlkanalanordnung 54 über den Austritt 58. In Fig. 11 and Fig. 12, the Kühlmittekanalanordnungen 51 and 52 are shown in the second housing part 2b. The coolant passes according to the arrow S via the inlet 57 in the electro-side cooling channel arrangement 51. A first Kühlmit ¬ telstrom flows according to the arrows Si from the beginning of the loop-like cooling channel 51c of the electro-side cooling channel assembly 51 via two flow over - Occit 60a, 60b directly into the hot angle segment H arranged first cooling chamber 52a of the first piston-side cooling chamber assembly 52 and passes through axial cooling channels 53a of the central cooling channel assembly 53 to the cooling chamber 54a of the second piston-side cooling channel assembly 54. A second coolant stream S 2 flows to the end of the loop-like cooling channel 51c along the circumference of the jacket region 2b 'and from there via the Strö ¬ mungsübertritt 60c in the arranged in the cold angle segment C second cooling chamber 52b of the first piston-side cooling chamber assembly 52. From the second cooling chamber 52b, the second coolant flow S 2 flows through the axial cooling channels 53a of the central cooling channel arrangement 53 into the cooling space 54a of the second piston-side cooling space arrangement 54, where mixing with the first coolant flow Si takes place. The common coolant flow S leaves the second piston-side cooling channel arrangement 54 via the outlet 58.
Um eine exzessive Kühlung des heißen Winkelsegmentbereiches H und eine op¬ timale Temperierung der verschiedenen Bauteile zu erreichen, wird etwa 70% bis 90%, beispielsweise 84%, des gesamten Volumenstromes im ersten Kühlmit¬ telstrom und 10% bis 30%, beispielsweise 16%, im zweiten Kühlmittelstrom transportiert. Eine grobe Aufteilung erfolgt dabei durch die beiden Strömungsübertritte 60a, 60b der ersten Kühlmittelströmung und des Strömungsübertrittes 60c der zweiten Kühlmittelströmung aus dem schleifenartigen Kühlkanal 51c in den ersten bzw. zweiten Kühlraum 52a, 52b. Eine Feinabstimmung kann durch genaue Definition der in der ersten oder zweiten Seitenplatte 8, 9 angeordneten Strömungsübertritte 61 vom bogenförmigen ersten Kühlkanal 52a in die axialen Kühlkanäle 53a der zentralen Kühlkanalanordnung 53 durch Drosselung des Zustromes, sowie durch Gestaltung der zentralen Kühlkanalanordnung 53 im zentralen Gehäuseteil 2a erfolgen. To an excessive cooling of the hot angular segment region H and an op ¬ timale temperature of the various components to achieve is about 70% to 90%, for example 84%, of the total volume flow in the first Kühlmit ¬ telstrom and 10% to 30%, for example 16% , transported in the second coolant flow. A rough division takes place through the two flow passages 60a, 60b of the first coolant flow and the flow passage 60c of the second coolant flow from the loop-like cooling channel 51c into the first and second cooling chambers 52a, 52b. Fine tuning can be accomplished by accurately defining the flow crossings 61 disposed in the first or second side plates 8, 9 from the arcuate first cooling channel 52a into the axial cooling channels 53a of the central cooling channel assembly 53 by throttling the inflow, as well as by forming the central cooling channel assembly 53 in the central shell 2a ,
Die Fig. 13 und Fig. 14 zeigen Stirnansichten der Kühlräume 52a, 52b bzw. 54 der ersten bzw. zweiten kolbenseitigen Kühlkanalanordnung 52, 54. Um beispielsweise Kavitationsschäden im Übergangsbereich zwischen erstem bzw. zweitem Gehäuseteil 2b, 2c und Seitenplatte 8, 9 zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest ein Kühlkanal 52a, 52b, 54a der ersten oder zweiten kolbenseitigen Kühlkanalanordnung 52, 54 in zumindest einem inneren Bogenbereich 52', 54' einen sichelförmigen Kanalteil 52a', 54a' mit abgestuftem Kanalquerschnitt aufweist. Im sichelförmigen Kanalteil 52a', 54a' ist der Strömungsquerschnitt vermindert. Um den Bereich zwischen den Befestigungsschrauben ausreichend zu kühlen, sind in den äußeren Bogenbereichen 52", 54" der Kühlkanäle 52a, 52b, 54a nischenartige Ausbuchtungen 52a", 52b", 54a" vorgesehen. FIGS. 13 and 14 show end views of the cooling chambers 52a, 52b and 54, respectively, of the first and second piston-side cooling channel arrangement 52, 54. In order, for example, to prevent cavitation damage in the transition region between the first and second housing part 2b, 2c and side plate 8, 9 , It has proved to be advantageous if at least one cooling channel 52a, 52b, 54a of the first or second piston-side cooling channel arrangement 52, 54 in at least one inner arc portion 52 ', 54' has a crescent-shaped channel portion 52a ', 54a' with stepped channel cross-section. In the crescent-shaped channel part 52a ', 54a', the flow cross-section is reduced. In order to sufficiently cool the area between the fixing screws, niche-type bulges 52a ", 52b", 54a "are provided in the outer arc portions 52", 54 "of the cooling passages 52a, 52b, 54a.
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