DE2321733A1 - Drehkolben-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

w/vh-2949
26.4.73

General Motors Corporation, Detroit, Mich., V,St.A.

Drehkolben-Brennkraftmaschine

Bei den Ausgangspunkt der Erfindung bildenden
Drehkolben-Brennkraftmaschinen der Wankel-Bauart gemäss dem
Oberbegriff des Anspruchs ist es üblich, in jeder Umfangsf lache des Drehkolbens eine Aussparung vorzusehen, die einen beträchtlichen Teil des Brennraumes darstellt und zugleich eine Verbindung zwischen einem vorlaufenden und einem nachlaufenden Teil
jedes Arbeitsraumes darstellt, wenn deren Verbindung im wesentlichen auf das Spiel zwischen der Umfangsfläche des Drehkolbens und der Gehäusewand begrenzt ist. Das notwendige Entfernen der
Gase aus dem nachlaufenden Teil und die Überführung in den vorlaufenden Teil beschränkt den Brennraum nach Gestalt und Lage,

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so dass dieser nicht in günstigster Weise bezüglich des Brennvorganges ausgestaltet werden kann.

Durch die US-PS 3 391 677 ist ferner bekannt, eine Vorkammer konstanten Volumens im Gehäuse vorzusehen, die über Kanäle mit den vor- und nachlaufenden Teilen des Arbeitsraumes während des Verdichtungshubes verbunden ist und in der die Zündung des Gemische erfolgt. Es ergibt sich hier ebenfalls insgesamt eine ungünstige Gestalt des Brennraumes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolben-Brennkraftmaschine gemäss dem Gattungsbegriff des Anspruches so auszugestalten, dass die Ausgestaltung des Brennraumes nach Form und Lage unabhängig von der Notwendigkeit der Überleitung von Gemisch von dem nachlaufenden zum vorlaufenden Teil des Arbeitsraumes erfolgt, ohne dabei Leckwege zwischen zwei verschiedenen Arbeitskammern zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches angegebenen Merkmale gelöst. Die Wahl dieser die Einschnürung des Arbeitsraumes in der Nähe des Totpunkts umgehenden Kanäle gestatten eine freie Wahl des Brennraumes unter Berücksichtigung günstigster Verbrennungsbedingungen. Es ergeben sich zügige Strömungswege zwischen dem nachlaufenden und dem vorlaufenden Teil des Arbeitsraumes, wobei in zuverlässiger Weise eine entgegengesetzte Strömung verhindert ist."

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Drehkolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch die Drehkolben-Brennkraftmaschine ,

Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig.

Die vorliegende Erfindung ist besonders für

D^ehkolben-Brennkraftmaschinen der Wankel-Bauart geeignet, die in einem ortsfesten Gehäuse 10 einen Hohlraum 16 enthalten, der durch eine Umf angswand 12 und zwei in Abstand voneinander liegende Seitenwände 14 begrenzt ist. Die Umfangswand 12 hat die Form einer zweiflügeligen Epitrochoide oder einer zu dieser parallelen Kurve mit einer Mittellinie 18. Die beiden Flügel 20 und 22 dieser Kurve werden von deren grosser Achse 24 geteilt, während zwei Einschnürungen 26 und 28 von der kleinen Achse 30 der Kurve geschnitten werden, die in der Mittellinie 18 senkrecht auf der grossen Achse 24 steht. In dem Gehäuse ist koaxial mit der Achse 18 der Epitrochoide eine Ausgangswelle 32 gelagert, die innerhalb des Hohlraumes einen Exzenter ; 34 trägt, dessen Mittellinie 36 parallel in Abstand zu der Achse der Ausgangswelle 32 verläuft.

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Drehbar auf dem Exzenter 34 ist ein Drehkolben 38 gelagert, der drei gewölbte Umfangsflachen 40 gegenüber der Umfangswand 12 des Gehäuses aufweist. Die Umfangsflachen 40 des Drehkolbens begrenzen zusammen mit der Umfangswand 12 und den Seitenwänden 14 des Gehäuses drei Arbeitsräume 42 veränderlichen Volumens, die in Abstand voneinander um den Drehkolben verteilt sind und bei laufendem Drehkolben mit diesem umlaufen. Die Abdichtung der Arbeitsräume wird durch Kantendichtungen 44 an jeder Ecke des Drehkolbens, Seitendichtungen 46 an jeder Seitenwand des Drehkolbens und durch Eckdichtungen zwischen diesen beiden Dichtungsarten bewirkt, wobei die Kantendichtungen 44 in nic-ht dargestellter Weise vorbelastet dauernd gegen die Umfangswand 12 und die Seitendichtungen 46 und die Eckdichtungen 48 in nicht dargestellter Weise vorbelastet gegen die Seitenwände in Anlage gehalten sind. Durch die zweiflügelige UMFangswand 12 uufl. den mit drei Umfangsilächen versehenen Drehkolben 38 werden vier Arbeitstakte, nämlich Ansaugen, Verdichten, Expansion und Auspuff, in jedem Arbeitsraum in fester Beziehung zum Gehäuse erzielt, wenn der Drehkolben gezwungen ist, mit 1/3 der Ausgangswellendrehzahl umzulaufen. Dies wird durch ein Getriebe sicherges1a.lt, das aus einem innenverzahnten Ringrad 50 besteht, das konzentrisch an der einen Seite des Drehkolbens 38 befestigt ist und mit einem aussenverzahnten Ringrad 52 kämmt,

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das konzentrisch die Ausgangswelle 32 umgibt und in nicht dargestellter Weise fest mit dem Gehäuse 1Ö verbunden ist. Das Ringrad 50 hat l,5mal mehr Zähne als das Zahnrad 52, wodurch das geiümchte Übersetzungsverhältnis von 3:1 der Drehzahlen erreicht wird.

Die Maschine hat ferner eine Ansauganlage mit einem Ansaugkasten 54, der mit dem Gehäuse 10 verbunden ist, und dem ein Gemisch von einem üblichen, nicht dargestellten Vergaser zugeleitet wird. Dieses wird über eine Einlassöffnung 56 in den Hohlraum 16 durch eine der Seitenwände 14 zugeleitet. Die Einlassöffnung 56 liegt auf der einen Seite der Einschnürung 26 nahe der einen Seite der kleinen Achse 30 und nahe der einen Seite der grossen Achse 24. Es kann eine zweite Einlassöffnung in gleicher Weise in der gegenüberliegenden Seitenwand vorgesehen sein. Durch diese Anordnung wird Gemisch periodisch jedem Arbeitsraum 42 beim Freilegen der Einlassöffnung 56 während der Volumenver^rösserung zugeleitet. Die Zündung des Gemisches erfolgt durch zwei Zündkerzen 58 und 60, die in dem Gehäuse 10 beiderseits der Einschnürung 28 angeordnet sind. Bei Umlauf des Drehkolbens entsprechend dem Pfeil in Fig. 1 wird die Zündkerze 58 die nachlaufende und die Zündkerze 60 die vorlaufende Zündkerze. Die Zündkerzen 58 und 60 erhalten Strom νώη einer Gleichstromquelle 62 durch eine Zünd-

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anlage 64 gesteuert, wobei ein gleichzeitiges Zünden beider Zündkerzen wie auch das Zünden einzelner Zündkerzen je nach den gegebenen Betriebsbedingungen möglich ist, wie dies an sich bekannt ist. Das Zünden erfolgt, wenn der Drehkolben 38 im Bereich einer seiner drei Totpunktlagen ist, die in gestrichelten Linien in Fig. 1 für den Arbeitsraum dargestellt ist, der am Ende des Verdichtungshubes ist. Die Brenngase werden durch einen Auslasskasten 66, der am Gehäuse 10 befestigt ist, abgeleitet, wozu eine Auslassöffnung 68 in der Umfangwwand 12 die Verbindung mit dem Hohlraum 16 herstellt. Die Auslassöffnung liegt auf der der Einlassöffnung 56 abgewandten Seite der Einschnürung 26, d.h. auf der gleichen Seite der grossen Achse 24 wie die Einlassöffnung 56, Jedoch auf der gegenüberliegenden Seite der kleinen Achse 30 dicht neben dieser. Bei dieser Anordnung der Auslassöffnung werden die Arbeitsräume periodisch durch die nachlaufenden Kantendichtungen beim Überlaufen der Auslassöffnungen zur Ableitung der Brenngase geöffnet.

Bei Drehkolben-^Brennkraftmaschinen dieser- Art wird im allgemeinen eine Aussparung 70 in jeder Umfangsfläche 40 des Drehkolbens vorgesehen, die einen Teil des Arbeitsraumes bildet. Das Verdichtungsverhältnis kann durch Wahl der Grosse der Aussparung 70 bestimmt werden und ihre Lage und Gestalt

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kann so gewählt werden, dass sie den Brennvorgang steuernd
beeinflusst. Aber abgesehen hiervon ist diese Aussparung normalerweise im mittleren Teil der Umfangsfläche des Drehkolbens
in Querrichtung verlängert vorgesehen, um eine Verbindung zwischen dem vorlaufenden und nachlaufenden Teil der Arbeitskammer
herzustellen, wenn diese Verbindung durch die Einschnürung 28
gegen Ende des Verdichtungshubes gedrosselt wird. Durch diese
zusätzliche Aufgabe ist die Ausgestaltung der Aussparung 70
für ihre anderen Zwecke ungünstig beeinflusst.

Diese ungünstigen Einflüsse sind durch die erfindungsgemässe Ausbildung vermieden, indem in dem Gehäuse 10 einseitig
durchströmte Kanäle vorgesehen sind, die die nachlaufenden Teile der Arbeitsräume mit ihren vorlaufenden Teilen verbinden, wenn
sich der Drehkolben in seiner Totpunktlage befindet. Hierbei
ist ein Rückstrom aus dem vorlaufenden Teil in den nachlaufenden Teil verhindert, wenn eine Kantendichtung den Raum zwischen
den Mündungen der Kanäle überläuft. Es sind zwei bogenförmige
Kanäle 74 vorgesehen, die, wie Fig. 2 zeigt, die Einschnürung
28 der Umf angswand 12 im Bereich der kleinen Achse 30 umgehen ' · und mit axialem Abstand voneinander beiderseits der Zündkerzen
58 und 60 angeordnet sind (Fig. 3). Jeder Kanal 74 hat eine \ Einlassmündung 76, die in der Umf angswand 12 auf der nachlaufen-! den Seite der Einschnürung 28 liegt und eine Auslassmündung 78, \ die in der Umfangswand 12 auf der vorlaufenden Seite der Ein- j

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schnürung 28 mündet. Die Kanäle 74 haben hierbei eine wesentlich geringere Länge als die Umfangsflächen des Drehkolbens in ' Umfangsrichtung. In jedem Kanal 74 ist ein Rückschlagventil 80 vorgesehen, das lediglich den Durchstrom von der Einlassmündung 76 zur Auslassmündung 78 gestattet, also einen entgegengesetzten Strom verhindert. Jedes Rückschlagventil 80 besteht aus einem Ventilsitz 82, der mit Preßsitz in den Kanal 74 eingesetzt ist,und enthält eine zentrale Bohrung 84, die von einer Kugel 85 verschließbar ist. Ist der Druck an der Einlassmündung 76 höher als an der Auslassmündung 78, so wird durch den Druckunterschied die Kugel 85 von dem Sitz abgehoben und durch einen Anschlag gehalten, der durch einen durch beide Kanäle ragenden axialen Stift 86 gebildet wird. Ist dagegen der Druck an der Auslassmündung 78 höher als der an der Einlassmündung 76, so drückt die Druckdifferenz die Kugel 85 gegen den Sitz 82 und verschliesst die Bohrung 84, wodurch ein Strom in entgegengesetzter Richtung verhindert ist.

Beim Betrieb der Drehkolben-Brennkraftmaschine

der erfindungsgemässen Bauart wird beim Annähern des Drehkolbens. 38 an eine seiner Totpunktlagen der betreffende Arbeitsraum durch die E-inschnürung 28 in einen vorlaufenden und einen nachlaufenden Teil unterteilt, wobei der vorlaufende Teil bei der weiteren Drehung des Drehkolbens ein grSsseres Volumen annimmt,

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während das Volumen des nachlaufenden Teils sich verringert« tibersteigt der Gasdruck in dem nachlaufenden Teil den Gasdruck im vorlaufenden Teil, so öffnen die Rückschlagventile 80 aufgrund des Druckunterschiedes, so dass Gas aus dem nachlaufenden Teil in Richtung des in Fig. 2 eingezeichneten Pfeiles in den vorlaufenden Teil verlagert wird. Diese Umleitung erfolgt solange, als ein ausreichender Druckunterschied zum Offenhalten der Rückschlagventile besteht. Wenn die vorlaufende Kantendichtung dieses Arbeitsraumes die Einlassmündung 76 der Kanäle 78 überläuft, ist ein Rückstrom vom vorlaufenden Teil zum nachlaufenden Teil infolge des dann bestehenden Druckgefälles in dieser Richtung durch Schliessen der Rückschlagventile 80 verhindert. Wenn bei dem weiteren Drehen des Drehkolbens die vorlaufende Kantendichtung die Auslassmündüng 78 der Kanäle überläuft, liegen beide Mündungen im Bereich des nachfolgenden Arbeitsraumes, so dass sich das Spiel in diesem wiederholen kann. Je nach den Betriebsverhältnissen kann eine verschieden grosse Zahl von derartigen Kanälen 74 vorgesehen werden. DüEch die vorgesehene Umleitung der Gase zwischen dem nachlaufenden und dem vorlaufenden Teil des Arbeitsraumes kann der eigentliche Brennraum frei lediglich nach den Gesichtspunkten einer günstigen Verbrennung ausgestaltet werden.

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Claims (1)

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   Patentanspruch

   Drehkolben-Brennkraftmaschine mit einem in einem ortsfesten Gehäuse (10) gebildeten Hohlraum (16), der von/einer mehrflügeligen Umfangswand (12) und axialen Abstand voneinander aufweisenden Seitenwänden (14) begrenzt ist und von einer im Gehäuse drehbar gelagerten Ausgangswelle (32) durchsetzt ist, die einen im Hohlraum liegenden Exzenter (34) zur drehbaren Lagerung eines Drehkolbens (38) mit mehreren gewölbten Umfangsflächen (40) trägt, die zusammen mit der Umfangswand und den Seitenwänden des Gehäuses mehrere Arbeitsräume (42) veränderlichen Volumens begrenzen „ die bei umlaufendem Dr ehkolben in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander umlaufen und periodisch mit einer Einlassöffnung (56) während eines Ansaughubes verbunden sind und beim darauf folgenden Verdichtungshub eine Trennung des Arbeitsraumes in einen vorlaufenden und einen nachlaufenden Teil durch eine Einschnürung (28) der Umfangswand des 6-ehäuses eintritt, wobei am Ende des Verdichtungshubes durch im Gehäuse angeordnete Zündkerzen (60,64) das Gemisch in beiden Teilen des Arbeitsraumes gezündet wird, worauf der Arbeitsraum mit einer Auslassöffnung (68) im Gehäuse verbunden wird, gekennzeichnet durch mindestens einen Kanal (74) im Geh*·ause (10) mit Mündungen (76 und 78), in die

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   Am Ende des Verdichtungshubes voneinander getrennte Teile des Arbeitsraumes (42) und ein im Kanal vorgesehenes Rückschlagventil (80)» das lediglich einen Durchstrom von dem nachlaufenden (Einlassmündung 76) zum vorlaufenden (Auslassmündung 78) Teil des Arbeitsraumes gestattet.

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