DE2328041A1 - Drehkolben-verbrennungsmotor - Google Patents

Description

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NISSAN MOTOR COMPANY, LIMTED No. 2, Takara-machi, Kanagawa-ku Yokohama City, Japan

Drehkolben-Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Drehkolben-Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse mit einem Hohlraum, der von irt axialem Abstand angeordneten Stirnitfänden sowie von einer die Stirnwände verbindenden Umfangswand umgrenzt ist,- wobei die TJmfangswand eine mehrfach eingezogene, dem Grunde nach Epitro-•choid-Form aufv/eisende innere Oberfläche besitzt, sowie mit einem innerhalb des Hohlraums exzentrisch drehbaren Drehkol-

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ben in Form eines Vielspitz, dessen Stirnflächen dichtend gegen die Stirnwände des Hohlraums anliegen, wobei Schexteldxchtungen an den Spitzen des Drehkolbens dichtend gegen die innere Oberfläche der Umfangswand des Hohlraums anliegen, um zwischen dem Gehäuse und dem Drehkolben mehrere Arbeitskammern zu bilden, deren Volumen sich bei Drehung des Drehkolbens in dem Gehäuse ändert«, Die Schexteldxchtungen sitzen radial bewegbar in den Drehkolbenspitzen und sie erstrecken sich in axialer Richtung von der einen Stirnfläche des Drehkolbens zur anderen. Die Zahl der Drehkolbenspitzen liegt gewöhnlich um eins höher als die Zahl der Einziehungen der Epitrochoide.

Zum Einführen eines Luft-Treibstoffgemisches und Abführen der Abgase sind in dem Gehäuse Gasansaugkanäle und Abgaskanäle vorgesehen, deren Mündungsöffnungen von dem Drehkolben überstrichen werden. Verbrennungsmotoren dieses Typs haben den Vorteil, daß Ansaugkanäle relativ großer Querschnittsflache vorgesehen werden können, wodurch sich ein hoher volu— metrischer Wirkungsgrad und demgemäß eine hohe Arbeitsleistung ergeben. Bei den Ansaugkanälen können zwei Hauptarten unterschieden werden, nämlich solche, die an der Urafangswand in den Hohlraum münden, und solche, die sich an-einer Stirnwand des Gehäuses zum Hohlraum öffnen. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Ausgestaltung eines seitlich mündenden Ansaugkanals. Es ist zwar vorteilhaft, dem Ansaugkanal eine Mündungsöffnung mit größerer Querschnitte fläche zu geben als dem Abgaskanal, der Umriß der Mündungsöffnung des Ansaugkanals (siehe Fig. 2) ist ,jedoch begrenzt durch den Verlauf einer vorderen Schulter eines Spitzenbereichs einer Seitendichtung, durch die Wahl des Schließpunktes dieser Mündungsöffnung und durch Maßnahmen, die getroffen sind, um mechanische Zerstörung und Bruch der hinteren Schulterabschnitte der Spitzenbereiche der Seitendichtung zu ver-

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hindern. !Daraus folgt, daß die Querschnittsfläche der Mündungsöffnung des Ansaugkanals nicht den durch oben beschriebene Grenzen bestimmten Wert überschreiten darf. Zum Erhalt eines hohen volumetrisehen Wirkungsgrades und dementsprechend einer hohen Arbeitsleistung bei hohen Belastungen und zur Erzielung eines regelmäßigen Motorlaufs bei Teillast ist es bekannt, zum Arbeiten box Teillast einen getrennten Ansaugkanal vorzusehen und dessen getrennte Mündungsöffnung ;in einer der Mündungsöffnung des ersten Ansaugkanals gegenüberliegenden Stirnwand an dem bezüglich der Drehung des Drehkolbens gleichen Orts anzuordnen wie die mit dem ersten Ansaugkanal kommunizierende Mündungsöffnung (siehe Eig.1)«. Sowohl der erste als auch der zweite Ansaugkanal können ihr •Verbrennungsgemisch von einem Vergaser erhalten, der den Hauptansaugkanal nur öffnet, wenn d-ie Mötorbelastung einen vorbestimmten Wert übersteigt. Bei dieser Art ν :>n Motoren ist es üblich, den Vergaser so einzustellen Und die Kündungsöffnungen der Ansaugkanäle so festzulegen, daß die beim Laufen des Motors mit maximaler Leistung und'voller Last durch den ersten und zweiten Ansaugkanal eingeführten Luft-Treibstoff gemischmengen in einem Verhältnis von im wesentlichen 1 : 2 stehen, um bei geringer Motorbelästung wirtschaftlichen Treibstoffverbrauch und bei hoher Motorbelästung eine hohe Abtriebsleistung zu erhellten. Da indessen bei einem Motor des oben beschriebenen Typs die Mündungsöffnungen des ersten Ansaugkanals und des zweiten Ansaugkanals in gegenüberliegenden Stirnwänden angeordnet sind, ist die Querschnittsfläche der Mündungsöffnung des ersten Ansaugkanals größer als für Teillastbetrieb erforderlich, während der Querschnitt der Mündungsöffnung des zweiten Ansaugkanals weder für Teillast- noch für Volllastbetrieb ausreicht. Dies ist hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Querschnittsfläche der Mündungsöffnung des zweiten Ansaugkanals nicht groß genug gemacht werden kann. Da bei Motoren nach dem

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Stand der Technik die Mündungsöffnung des ersten Ansaugkanals so in der Seitenwand angeordnet ist, daß sie bei langsamem Motorlauf bei Teillast für eine relativ lange Zeitspanne zum Hohlraum geöffnet ist, besteht die Möglichkeit, daß während dieses Laufzustandes des Motors ein Teil der Explosionsladung in den ersten Ansaugkanal überführt wird, wodurch sich die für die Arbeitskammer verfügbare Menge an frischer Ladung vermindert. Dies hat einen unregelmäßigen Motorlauf bei Teillastbedingungen zur Folge.

Die Mündungsöffnung des zweiten Ansaugkanals muß bei den Motoren nach dem Stand der Technik eine so groß als mögliche Querschnittsfläche aufweisen, damit in einer relativ kurzen Zeitspanne eine genügende Luft-Treibstoffgemischmenge in den Hohlraum eindringen kann. Der zweite/Ansaugkanal muß eine entsprechend große Querschnittsfläche aufweisenwie seine Mündungsöffnung. Bei großer Querschnittsfläche der Mündungsöffnung des zweiten Ansaugkanals verringert sich allerdings die Strömungsgeschwindigkeit in dem zweiten Ansaugkanal, so daß bei niedriger Motorlast keine ausreichende .-Luft-Treibstoffgemischmenge verfügbar ist. Dies hat. ebenso einen unregelmäßigen Lauf des Motors bei Teillast zur Folge.

Mit der Erfindung soll ein Drehkolben-Verbrennungsmotor der eingarigs genannten Bauart dahingehend verbessert 'werden, daß sich bei wirtschaftlichem Treibstoffverbrauch ein regelmäßiger Lauf sowohl bei Teillast als auch bei Vollast ergibt*

Ein Drehkolben-Verbrennungsmotor der genannten Bauart ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse ein erster Ansaugkanal relativ kleiner Querschnittsflache vorgesehen ist, der aneiner der Stirnwände in den Hohlraum mündet, und daß in dem Gehäuse ein zweiter Ansaugkanal vorgesehen ist, dessen Querschnittsfläche relativ größer' ist als

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die des ersten Ansaugkanals und der an der gleichen Stirnwand in den Hohlraum mündet, wobei die Mündungsöffnung des ersten Ansaugkanals so in der Stirnwand angeordnet ist, daß sie in einem späten Abschnitt einer Ansaugphase des Motors von dem Drehkolben vor der Mündungsöffnung des zweiten Ansaugkanals abgedeckt wird.

Vorteilhaft sind der erste und zweite Ansaugkanal in zwei Zweige aufgeteilt, von denen jeder an einer der Stirnwände mündet.

Die Mündungsöffnungen des ersten Ansaugkanals sind so angeordnet, daß sie von dem Drehkolben während einer kürzeren Zeitspanne freigegeben sind als die Mündungsöffnungen des 'zweiten Ansaugkanals, so daß bei Teillastbetrieb des Motors unterbunden ist, daß Explosionsladung in den ersten Ansaugkanal bzw. dessen Zweige eindringt.

Sowohl der erste Ansaugkanal als auch dea? zweite Ansaugkanal erhalten ihr Luft-Treibstoffgemisch aus einem Vergaser, der den zweiten Ansaugkanal nur dann öffnet, wenn die Motorbelastung einen vorbestimmten Wert überschreitet. In den höheren Lastbereichen ist die Saugwirkung auf den ersten Ansaugkanal gering genug, daß nur ein verhältnismäßig geringer Teil des Explosionsgases in ihn eindringt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt

Fig. 1 und 2 schematische Schnitt- bzw. Teilschnittdarstel- \ lungen eines Drehkolben-Verbrennungsmotors nach dem Stand der Technik, wobei der Drehkolben der besseren Übersicht wegen weggelassen ist;

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Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen •Drehkolben-Verbrennungsmotors, wobei der Drehkolben der besseren Übersicht wegen wegge-

lassen ist;

Fig· 4- einen Teil schnitt zur Darstellung der Lage und Gestalt der Mündungsöffnungen der Ansaugkanaäle in einer Stirnwand des Drehkolben-Verbrennungsmotors von Eig- 3; und

Fig. 5 und 6 Teil schnitte zur Darstellung verschiedener Stellungen des Drehkolbens bezüglich der Mündungs— öffnungen der Ansaugkanäle.

Fig. 1 und 2 zeigen zu Vergleichszwecken den Stand der Technik. Ein Einlaß \ ist in einer Stirnwand 5 eines Drehkolben-Verbrennungsmotors (kein Bezugszeichen) ausgebildet. Mit 4-' ist ein getrennter Einlaß in einer anderen Stirnwand 5' bezeichnet. V/ie gezeigt, sind in einem Gehäuse (kein Bezugszei* chen) ein erster Ansaugkanal 6 und ein zweiter Ansaugkanal 7 angeordnet, die mit dem Einlaß 4- bzw. mit dem getrennten Einlaß 4-¹ kommunizieren. 8 bezeichnet eine Umfangswand des Gehäuses. Beide Ansaugkanäle 6 und- 7 erhalten ein Luft:- Treibstoffgemisch von einem Vergaser 9, der den Ansaugkanal 6 nur dann öffnet, wenn die Belastung des Motors einen vorbestimmten Wert erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung wird nunmehr anhand der Fig. 3 bis einschließlich 6 beschrieben.

Es ist eine Umfangswand 10 dargestellt, deren innere Oberfläche 12 mehrfach eingezogen ist und vorteilhaft dem Grunde nach die Form einer Epitrochoide aufweist. Die innere Oberfläche 12 umgrenzt zusammen mit den Stirnwänden 14 und 16 einen Hohlraum (kein Bezugszeichen), den koaxial eine Welle 18 (in Fig.3 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet)

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rait einem ,(nicht dargestellten) Exzenterabschnitt durchdringt. Wie bei Wankel Drehkolben-Verbrennungsmotoren üblich, ist auf den Exzenterabschnitt drehbar ein Drehkolben 20 in Form eines Vielspitz montiert, Der Drehkolben 20 ist mit radial bewegbaren Scheiteldichtungen 22 (von denen nur eine gezeigt ist) ausgerüstet, die an der inneren Oberfläche 12 abdichtend entlang gleiten, wenn sich der Drehkolben 20 in Richtung eines Pfeils D dreht, wodurch drei Arbeitskammern variablen Volumens gebildet werden, von denen nur eine gezeigt und durch ein Bezugszeichen A angedeutet ist.

Zu den Stirnwänden 14 und 16 erstrecken sich Zweige 24 und 26 eines ersten Ansaugkanals für frisches Luft-Treibstoffgemisch, die- durch die Stirnwände 14 und 16 zu Mündungsöffnungen 28 b'zw. 30 an der inneren Oberfläche 12 geführt sind. Ebenso erstrecken sich zu den Stirnwänden 14 und 16 Zweige 32 und 24 eines zweiten Ansaugkanals, die auch durch die Stirnwände 14 bzw. 16 zu Mündungsöffnungen 36 bzw. 38 an der inneren Oberfläche geführt sind.

Wie insbesondere Fig. 4 zeigt, besitzt die ers^ere Mündungsöffnung 28 eine kleinere Querschnittsfläche als die zweite Mün— dungsöffnung 36. Um einen wirksamen Betrieb des Motors sicherzustellen, ist es erforderlich, daß das Verhältnis der Querschnittsflächen der ersten und zweiten Mündungsöffnungen 28 und 36 demjenigen der Luft-Treibstoffgeraischmengen entspricht, die jeweils durch die Zweige 24 bzw. 32 der ersten und zweiten Ansau-gkanäle angesaugt werden sollen.

Die ersten Mündungsöffnungen 28 uns 30 sowie die zweiten Mündungsöffnungen 36 und 38 sind an solchen Orten in den Stirnwänden 14 bzw. 16 angeordnet, daß sie während des Motorarbeitszyklus erst dann von dem Drehkolben 20 freigegeben werden, naclväem in der Arbeitskammer A der Ausstoßtakt abgeschlossen

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worden ist* Eine solche Stellung des Drehkolbens 20, in des? zum Einleiten des Ansaugtaktes die ersten und zweiten Mün« dungsOffnungen 28 und 56 gerade geöffnet zu werden beginnen, ist in Mg» 5 in"ausgezogenen Linien gezeigt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Mündungsöffnungen 28 und 3Ö sowie 36 und 38 so in den Stirnwänden -14 fc£w. 16 angeordnet, daß sie während des Motorarbeitszyklus erst dann gleichzeitig zu einer Arbeitskammer freigegeben wer~ den, nachdem der Ausstoßtakt in der Arbeitskammer, wie in der Arbeitskammer A abgeschlossen worden ist» Die ersten Mündungsöffnungen-28 und 30 sowie die zweiten Mündungsöffnungen 36 und 58 sind so in den Stirnwänden 14 bzw* 16 angeordnet, daß in einem spaten Abschnitt der Ansaugphase der Arbeitskairimer A die- ersten Mündungsoffnungen 28 und 30 vor den zweiten MUndungsöffnangen 36 und 38 von dem Drehkolben 20 abgedeckt werden. Diese Stellung des Drehkolbens 20, in der die Mündungsöffnung 28 gerade abgedeckt worden ist, während die zweite Mündungsöffnung 36 noch frei liegt, ist in Fig. 6 in ausgezogenen Linien gezeigt* In der in der gleichen Figur in strich« punktierten linien gezeigten Stellung des Drehkolbens 20 ist auch die zweite Mündungsöffnung 36 gerade von dem Drehkolben 20 abgedeckt worden*

Die Zweige 24 und 26 des ersten Ansaugkanals gehen wie die Zweige 32 und 34 des zweiten Ansaugkanals jeweils von einer gemeinsamen Ansaugleitung (kein Bezugszeichen) aus. Beide Ansaugleitungen erhalten ein Luft-Treibstoffgemisch aus einem üblichen Doppelvergaser 40. Der Doppelvergaser 40 ist so eingestellt, daß die zweite Ansaugleitung solange geschlossen bleibt, bis die Belastung des Motors einen vorbestimmten Wert überschreitet, wahrend die erste Ansaugleitung geöffnet ist. Übersteigt die Belastung den vorbestimmten Wert, dann wird die zweite Ansaugleitung geöffnet, um durch die Zweige 32 und 34 des zweiten Ansaugkanals und durch die zweiten Mündungs-

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öffnungen 36 und 38 Luft-Treibstoffgemsich in eine Arbeitskammer einzuführen.

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Claims (3)

1. Patentansprüche :

   /11 Drehkolben-Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse mit einem Hohlraum, der von in axialem Abstand angeordneten Stirnwänden sowie von einer die Stirnwände verbindenden Umfangswand umgrenzt ist, \vobei die umfangswand eine mehrfach eingezogene, dem Grunde nach Epitrochoid-Form aufweisende innere Oberfläche besitzt, so*/ie mit einem innerhalb des Hohlraums exzentrisch drehbaren Drehkolben in Form eines Vielspitz, dessen' Stirnflächen, dichtend gegen die Stirnwände des Hohlraums anliegen, wobei Scheiteldichtungen an den Spitzen des Drehkolbens dichtend gegen die innere Oberfläche der Umfangswand des Hohlraums anliegen, um zwischen dem Gehäuse und dem Drehkolben mehrere Arbeitskammern zu bilden, deren Volumen sich bei Drehung des Drehkolbens in dem Gehäuse ändert, dadurch gekenn zei chnet, daß in dem Gehäuse ein erster Ansaugkanal £4-,26) relativ kleiner Querschnittsfläche vorgesehen ist, der an einer der Stirnwände (14,16) in den Hohlraum mündet, und daß in dem Gehäuse ein zweiter Ansaugkanal (32,34) vorgesehen ist, dessen Querschnittsfläche relativ größer ist als die des ersten Ansaugkanals und der an der gleichen Stirnwand in den Hohlraum mündet, wobei die Mündungs— öffnung (28,30) des ersten Ansaugkanals so in der Stirnwand angeordnet ist, daß sie während eines späten Abschnittes einer Ansaugphase des Motors von dem Drehkolben (20) früher als die Kündungsöffnung (36,38) des zweiten Ansaugkanals abgedeckt wird.
2. 2.Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzei ch.net, daß die Mündungsöffnungen (28,30,36,38) des ersten und zweiten Ansaugkanals (24-,26,32,34) so in der Stirnwand (14,16) angeord-

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   net sind, daß sie wahrend des Arbeitszyklus erst dann wo. einer Arbeitskammer (A) offen sind, nachdem der Ausstoßtakt in dieser Arbeitskammer abgeschlossen worden ist»
3. 3·Motor nach Anspruch 2, dadurch g e fc e■ η η ζ β i c h η e t,
   daß die Mündungsöffnungen (28,30,36,38) &es ersten und zweiten Ansaugkanals (24-,26,32,34-) so in der Stirnwand (14,16) angeordnet sind, daß sie während des Arbeitszyklus gleichzeitig zu einer Arbeitskammer (A) geöffnet werden, nachdem der Ausstoßtakt in. dieser Arbeitskammer abgeschlossen worden ist.

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