DE1576904C3 - Mehrfachanordnung einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrfachanordnung

ίο einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine bestehend aus Maschineneinheiten jeweils mit Schlupfeingriff zwischen einem mehreckigen Kolben, in dessen Stirnwänden Dichtstreifen, Dichtbolzen und Innendichtungen eingelassen sind, und einen Gehäusemantel, der beidseitig begrenzt ist von Endteilen bzw. Zwischenteilen, wovon die Zwischenteile jeweils im Bereich zwischen der kurzen Achse der Mantelkontur und dem kalten Bogen Öffnungen aufweisen, die durch Überströmkanäle miteinander verbunden sind.

Eine derartige Mehrfachanordnung einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine ist interner Stand der Technik.

Beim praktischen Betrieb von Rotationskolben-Brennkraftmaschinen strömt aus der im kalten Bogen des Gehäuses (Einlaß- und Verdichtseite) liegenden Verdichtungskammer hochverdichtetes Frischgas bzw. aus der im heißen Bogen des Gehäuses (Expansionsund Auslaßseite) liegenden Expansionskammer verbranntes Abgas über unvermeidlich undichte Stellen zwischen der aus Dichtstreifen bestehenden Außendichtung und dem Seiten- oder Zwischenteil in den Raum zwischen Außen- und Innendichtung an der Stirnwand des Kolbens. Der sich dort aufbauende Leckgasdruck erreicht örtliche Spitzenwerte von etwa 10 atü und verursacht ein Abheben der Dichtstreifen und eine dadurch verursachte Herabsetzung der Dichtwirkung der Dichtstreifen. Je nach Größe und Richtung der auf die Dichtstreifen wirkenden Fliehkräfte, Reibkräfte und Gaskräfte werden die Dichtstreifen durch den von innen auf diesen lastenden Leckgasdruck zu einem ständigen Flankenwechsel innerhalb der Dichtstreifennuten veranlaßt.

Andererseits besteht die Gefahr, daß das unter Druck stehende Leckgas über die Innendichtung in das Triebwerk der Brennkraftmaschine eindringen kann und schädlich auf die im Triebwerk verwendeten Schmiermittel einwirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Mehrfachanordnung einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine den sich an den Stirnwänden eines Kolbens zwischen Außen- und Innendichtung bildenden Leckgasabdruck abzubauen und diesen zugleich für eine bessere Gemischaufbereitung des Frischgases in der Ansaugkammer der benachbarten Maschineneinheit nutzbar zu machen.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung der Aufgabe darin, daß der Bereich von der Laufbahn der Dichtbolzen und der gedachten Laufbahn des Schnittpunktes der Dichtstreifen benachbarter Kolben begrenzt ist.

Dadurch wird erreicht, daß der an den Stirnwänden der Kolben sich aufbauende Leckgasdruck durch von den Kolben gesteuerte Überströmkanäle in die Ansaug- oder Verdichtungskammern benachbarter Maschineneinheiten gelangt und durch Turbulenz eine bes-

sere Gemischaufbereitung bewirkt. Außerdem wird eine Veränderung der Schmiermittelzusammensetzung durch eventuell einströmendes Leckgas im Triebwerk verhindert. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind

den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden in Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht einer schematisch dargestellten Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit drei Maschineneinheiten,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Rotationskolben-Brennkraftmaschine entsprechend der Linie II-II aus F i g. 1,

Fig.3 und 4 je eine Ansicht einer an den Kolben angrenzenden Wandung eines Zwischenteils der Rotationskolben-Brennkraftmaschine und

F i g. 5 einen Teilschnitt durch eine Maschineneinheit entsprechend der Linie V-V aus F i g. 2.

Die Rotationskolben-Brennkraftmaschine besteht gemäß den F i g. 1 und 2 aus drei Maschineneinheiten 1, 2, 3, den Seitenteilen 4, 5 und den Zwischenteilen 6, 7. innerhalb der Gehäusemäntei 8 der einzelnen Maschineneinheiten sind auf um 120 Grad versetzt angeordneten Exzentern einer nicht dargestellten Exzenterwelle die Kolben 9,10,11, gelagert, deren radiale Dichtleisten 12 bei Drehung der Kolben in Drehrichtung 13 Auslaßkanäle 14 und Einlaßkanäle 15 steuern. Die Außendichtungen an den Stirnwänden 16 der Kolben bestehen aus den seitlichen Dichtstreifen 17 und Dichtbolzen 18; die Innendichtungen an den Stirnwänden der Kolben aus konzentrisch zu den Exzentern angeordneten Öldichtringen 19.

In den Kolbenecken verlaufende Durchgangsbohrungen 20 verbinden die beiden Stirnwände eines Kolbens miteinander. Die Durchgangsbohrungen 20 des Kolbens 10 der mittleren Maschineneinheit 2 einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit drei Maschinen¹ einheiten weisen an ihren Mündungen in den Stirnwänden des Kolbens liegende abgesetzte Vertiefungen 42 auf, deren Durchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser der Durchgangsbohrungen. Der Schnittpunkt 21a, 210 zwischen den Dichtstreifen benachbarter Kolben erzeugt bei Drehung der Kolben relativ zu den Gehäusemänteln, die gedachte Laufbahn 22. Die Dichtbolzen 18 bewegen sich relativ zu den Wandungen der Seiten- bzw. Zwischenteile entlang der Laufbahn 23.

Gemäß F i g. 3 begrenzt die vom Dichtbolzen der Stirnwanddichtung des Kolbens beschriebene Laufbahn 23 und die vom Schnittpunkt 21a bzw. 210 zwischen den Dichtstreifen 17 benachbarter Kolben erzeugte Laufbahn 22 an der Wandung eines Zwischenteils einen schraffiert angedeuteten Bereich 24, in dem ein oder mehrere Öffnungen 25a, 25£> vorgesehen sind. Im Zwischenteil verlaufende Überströmkanäle 26, die gemäß F i g. 1 als parallel zur Exzenterwellenachse verlaufende Querbohrungen ausgebildet sind und die gegebenenfalls durch Absperrvorrichtungen zum Beispiel lastabhängig gesteuert werden können, verbinden je eine Öffnung der einen Maschineneinheit mit je einer Öffnung der benachbarten Maschineneinheit.

In F i g. 4 steht der Kolben 9 in einer ersten Stellung 27 etwa 135 Grad. Exzenterwellenwinkel vor der oberen Zündtotpunktstellung 28, in seiner zweiten Stellung 29 etwa 30 Grad Exzenterwellenwinkel vor der oberen Zündtotpunktstellung. Bei der Stellung 27 beginnt der Kolben 9 zu verdichten, bis Stellung 29 erreicht wird, bei der bei Teillastbetrieb die Zündung des verdichteten Gemisches erfolgt. Die durch die Kolbenkante 30 des Kolbens 9 einerseits bei etwa 135 Grad, andererseits bei etwa 30 Grad Exzenterwellenwinkei vor der oberen Zündtotpunktstellung 28 markierten Stellungen 27, 29, die Laufbahn 23 der Dichtbolzen und die gedachte Laufbahn 22 der Schnittpunkte 21a bzw. 21 b begrenzen den schraffiert bezeichneten Bereich 31.

Je näher die Öffnung 32 in diesem Bereich 31 an der gedachten Laufbahn 22 liegt, um so länger überdeckt der Kolben bei seiner Drehung die Öffnung, d. h., um so länger ist die Zeit, in der der an der Stirnwand des Kolbens zwischen Innen- und Außendichtung sich bildende Gasdruck von der einen Maschineneinheit in die benachbarte Maschineneinheit entlastet werden kann.

Die Isobaren 33 kennzeichnen Linien gleichen Kompressionsenddruckes. In vorteilhafter Weise befindet sich die Öffnung 32 dicht am Schnittpunkt 34 der vom Dichtbolzen beschriebenen Laufbahn 23 und der von der Kolbenkante 30 bei etwa 30 Grad Exzenterwellenwinkel vor der oberen Zündtotpunktstellung 28 markierten Stellung 29. Bei dieser Lage der Bohrung wird ein hoher Kompressionsenddruck erreicht,.mit dem die hoch verdichtete Ladung von der Verdichtungskammer über den Überströmkanal 26 in die benachbarte Maschineneinheit überströmen kann. Da bei dieser Lage der Öffnung 32 die Zeit der Überdeckung der öffnung 32 durch den Kolben 9 und damit die Zeit für eine Entlastung des Leckgasdruckes an der Stirnwand relativ kurz ist, ist eine zusätzliche Öffnung 35 in dem Bereich 36 vorgesehen, der von der kurzen Achse 37 auf der Überschneidungsseite (Ein- und Auslaßseite), von der langen Achse 38, im kalten Bogen, von der Laufbahn 23 und der gedachten Laufbahn 22 begrenzt ist.

in vorteilhafter Weise ist weiterhin in den Wandungen jedes Zwischenteils 6, 7 neben der Öffnung 32 eine zusätzliche Öffnung 43 in einer solchen Lage zur Öffnung 32 vorgesehen, daß die zusätzliche Öffnung 43 in dem Zeitpunkt von der Stirnwand 16 des Kolbens 9, 10, 11 einer Maschineneinheit 1, 2, 3 freigegeben wird, in dem die Kolbenkante 30 des Kolbens 9, 10, 11 der gleichen Einheit 1, 2, 3 beginnt, die Öffnung 32 zu verdekken.

Gemäß F i g. 5, die einen Teilschnitt durch eine Maschineneinheit zeigt, hat der sich im Zwischenraum 39 zwischen dem seitlichen Dichtstreifen 17 des Kolbens 9, der Innendichtung 19, der Stirnwand 16 und der Wandung des Seiten- bzw. Zwischenteils 4 bzw. 6 sich aufbauende nicht entlastete Leckgasdruck 40 das Bestreben, den Dichtstreifen 17 gegen die von den Arbeitskammern auf dem Dichtstreifen lastenden Gaskräfte 41 abzuheben und einen Flankenwechsel der Dichtstreifen zu verursachen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung der Öffnungen ist folgende:

Beim Übergleiten der Öffnungen 25a, 256, 32, 35, 43 durch die Stirnwand des Kolbens wird der an der Stirnwand zwischen Außen- und Innendichtung sich bildende Leckgasdruck von einer Maschineneinheit über die im Zwischenteil liegenden Überströmkanäle 26 in die Ansaugkammer oder Verdichtungskammer der benachbarten Maschineneinheit entlastet. Werden die Öffnungen 25a, 32, 43 vom Kolben freigegeben, so strömt zu Beginn des Überblasens mageres Gemisch, das sich mit Bezug auf die Drehrichtung des Kolbens über dem vorlaufenden Teil der Kolbenflanke der Verdichtungskammer befindet, über die Überströmkanäle 26 in die weniger verdichteten Arbeitskammern der benachbarten Maschineneinheiten. Das übergeblasene Gemisch strömt dabei quer unter einem Winkel von 90 Grad zur in Drehrichtung des Kolbens befindlichen Hauptströmung der benachbarten Maschineneinheit

und erzeugt eine intensive Verwirbelung der Gemischteilchen während des Ansaug- und Kompressionstaktes der benachbarten Maschineneinheiten. Mit zunehmender Verdichtung in der einen Maschineneinheit wandert die öffnung 25a, 32 bzw. 43 näher an den Kolbenboden der Kolbenflanke und somit wird, kurz bevor die Kolbenkante 30 des Kolbens die Öffnung überdeckt, insbesondere heißes, über der warmen Kolbenflanke sich befindendes Gemisch quer vom Kolbenboden abgesaugt.

Bei Brennkraftmaschinen mit ungeraden Maschineneinheiten, z. B. drei, werden die Öffnungen 32 von der Stirnwand 16 des Kolbens 10 der mittleren Maschineneinheit 2 über einen langen Zeitraum verdeckt. Dadurch kann kein verdichtetes Gemisch von der Kompressionskammer der Maschineneinheit 3 nach den Maschineneinheiten 2 und 1 strömen. Da jedoch der Durchmesser der an den Mündungen der Durchgangsbohrungen 20 des Kolbens 10 der mittleren Maschineneinheit 2 liegenden abgesetzten Vertiefungen 42 wesentlich größer ist als der Durchmesser der Durchgangsbohrungen 20, kann verdichtetes Gemisch über eine längere Dauer durch die Durchgangsbohrungen 20 des Kolbens 10 über die mittlere Maschineneinheit 2 zur Maschineneinheit 1 überströmen.

Weiterhin wird bei Brennkraftmaschinen mit einer ungeraden Anzahl von Maschineneinheiten, z. B. drei, in die einzelnen Maschineneinheiten 1, 2, 3 über verschieden lange Zeiträume eingeblasen, wodurch sich besonders bei kleiner Drehzahl und geringer Last ein ungleichmäßiger Lauf der Maschine einstellt. Um diese unterschiedliche Dauer der Überblasung auszugleichen und um zu ermöglichen, daß trotz der Verdeckung der Öffnungen 32 durch die Stirnwände 16 der Kolben 9,

10,11 ein ständiges Überblasen von und zu den Maschineneinheiten 1, 2, 3 stattfindet, werden deshalb zusätzlich zu den Öffnungen 32 die öffnungen 43 angeordnet. Beginnt nun z. B. in der Maschineneinheit 3 die Kompression, so kann, obwohl der Kolben 10 der Maschi-

neneinheit 2 die Öffnungen 32 verdeckt, verdichtetes Gemisch durch die öffnungen 43 über die Maschineneinheit 2 zur Maschineneinheit 1 geblasen werden. Bei weiterer Drehung der Kolben wird die öffnung 43 in der Maschineneinheit 3 durch den Kolben 11 geschlossen, dafür jedoch öffnung 32 vom Kolben 10 der Maschineneinheit 2 freigegeben. Die Überblasung wird damit fortgesetzt und die Überblasezeit von und zu den einzelnen Maschineneinheiten verlängert.

Die Vorteile der sich zwischen der kurzen Achse auf der Überschneidungsseite und der langen Achse im kalten Bögen befindenden zusätzlichen öffnung 35 bestehen darin, daß beim Überstreichen der Bohrung durch die Stirnwand des Kolbens der einen Maschineneinheit der Leckgasdruck der einen Maschineneinheit den Unterdruck in der Ansaugkammer der benachbarten Maschineneinheit insbesondere bei Leerlauf und kleiner Teillast abbaut. Dadurch kann der bei der Überschneidung zwischen Auslaßkanal und Einlaßkanal in die Ansaugkammer überströmende Abgasanteil gesenkt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Mehrfachanordnung einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine, bestehend aus Maschineneinheiten jeweils mit Schlupfeingriff zwischen einem mehreckigen Kolben, in dessen Stirnwänden Dichtstreifen, Dichtbolzen und Innendichtungen eingelassen sind, und einem Gehäusemantel, der beidseitig begrenzt ist von Endteilen bzw. Zwischenteilen, wovon die Zwischenteile jeweils im Bereich zwischen der kurzen Achse der Mantelkontur und dem kalten Bogen öffnungen aufweisen, die durch Überströmkanäle miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (24) von der Laufbahn (23) der Dichtbolzen (18) und der gedachten Laufbahn (22) des Schnittpunktes (21a bzw. 216) der Dichtstreifen (17) benachbarter Kolben (9, 10, 11) begrenzt ist (F i g. 2 und 3).

   2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenteilen (6, 7) jeweils nur eine Öffnung (32) in dem von der Laufbahn (23) der Dichtbolzen (18), von der gedachten Laufbahn (22) des Schnittpunktes (21a bzw. 21b) der Dichtstreifen (17) benachbarter Kolben (9,10,11) und von den durch die Kolbenkante (30) markierten Stellungen (27, 29) bei einem Exzenterwellenwinkel von etwa 135 Grad einerseits und etwa 30 Grad andererseits vor der oberer, Zündtotpunktstellung (28) begrenzten Bereich (31) vorgesehen ist.

   3. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenteilen (6, 7) jeweils nur eine öffnung (32) vorgesehen ist, die dicht am Schnittpunkt (34) der von

   ■ den Dichtbolzen (18) beschriebenen Laufbahn (23) mit der von der Kolbenkante (30) bei etwa 30 Grad Exzenterwellenwinke! vor der oberen Zündtotpunktstellung (28) markierten Stellung (29) liegt (F ig. 4).

   4. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenteilen (6, 7} jeweils eine zusätzliche öffnung (35) in dem Bereich vorgesehen ist, der von der kurzen Achse (37) auf der Seite mit den Ein- und Auslässen von der langen Achse (38) im kalten Bogen, von der von den Dichtbolzen (18) beschriebenen Laufbahn (23) und von der gedachten Laufbahn (22) des Schnittpunktes (21a, 21£>) der Dichtstreifen (17) benachbarter Kolben (9, 10, 11) begrenzt ist.

   5. Rotationskolben-Brennkraftmaschine bestehend aus drei Maschineneinheiten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kolbenecken des Kolbens (10) der mittleren Maschineneinheit (2) verlaufende Durchgangsbohrungen (20) an ihren Mündungen in den Stirnflächen (16) des Kolbens (10) liegende abgesetzte Vertiefungen (42) aufweisen, deren Durchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser der Durchgangsbohrungen.

   6. Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einer ungeraden Anzahl von Maschineneinheiten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenteilen (6, 7) eine zusätzliche Öffnung (43) in einer solchen Lage zur Öffnung (32) vorgesehen ist, daß die zusätzliche Öffnung (43) in dem Zeitpunkt von der Stirnfläche (16) des Kolbens (9, 10,

   11) einer Maschineneinheit (1, 2, 3) freigegeben wird, in dem die Kolbenkante (30) des Kolbens (9, 10, 11) der gleichen Maschineneinheit (1, 2, 3) beginnt, die öffnung (32) zu verdecken.