DE2334183A1

DE2334183A1 - Rotationskolben-brennkraftmaschine in trochoidenbauart

Info

Publication number: DE2334183A1
Application number: DE19732334183
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl Ing Steinwart; Dieter Dipl Ing Dr Stock
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Wankel GmbH; Audi AG
Current assignee: Wankel GmbH; Audi AG
Priority date: 1973-07-05
Filing date: 1973-07-05
Publication date: 1975-01-23
Also published as: CA1013262A; US3937186A; JPS5033329A

Description

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AUDI NSU'AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulm/Württ. und WANKEL GMBH, Lindau/Bodensee

Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit einem Mantel, dessen mehrbogige innere Mantelfläche zusammen mit Seitenteilen einen Innenraum begrenzt, in dem ein mehreckiger Kolben drehbar gelagert ist, der mit seinen Ecken ständig an der inneren Mantelfläche entlanggleitet und in der inneren Mantelfläche kurz vor einer achsnahen Zone eine Auslaßsteueröffnung und kurz nach dieser achsnahen Zone eine Einlaßsteueröffnung vorgesehen ist, die von dem Kolben übersteuert werden, wobei der Einlaßkanal mit einem Vergaser oder einer Kraftstoffeinspritzdüse in Verbindung steht und- zwischen dem Vergaser beziehungsweise der Einspritzdüse und der Einlaßsteueröffnung nahe der letzteren eine Drosseleinrichtung vorgesehen ist.

Bei Rotationskolben-Brennkraftmaschinen der beschriebenen Art ist es bekannt, die Drosselklappe nahe der inneren Mantelfläche in den Mantel zu verlegen, um möglichst zu vermeiden, daß während des Zeitraumes der Überschneidung zwischen der Auslaßsteueröffnung und Einlaßsteueröffnung der bei der Vergrößerung der ansaugenden Arbeitskammer entstehende. Unterdruck ein Vollsaugen des von der Drosselklappe geschlossenen Einlaßkanales mit "Abgasen verursacht. Die Achse der im allgemeinen verwendeten Drosselklappe muß jedoch gegenüber der Einlaßsteueröffnung aus baulichen Gründen so weit zurückliegen, daß die Umfangskante der geöffneten Drosselklappe keinesfalls in die Arbeitskammer

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hineinragen kann. Das hat zur Folge, daß insbesondere im Leerlauf und unterem Teillastgebiet das in die ansaugende Arbeitskammer eintretende Frischgas zwischen der geschlossenen Drosselklappe und der Einlaßsteueröffnung eine nicht zu vernachlässigende Abgasmenge vorfindet, die die Bildung eines zündfähigen Gemisches beeinträchtigen kann.

Es hat sich ferner bei solchen Maschinen gezeigt, daß eine gute Gemischaufbereitung im Ansaugkanal schwieriger zu bewerkstelligen ist als bei Hubkolbenmotoren üblicher Bauart, bei denen das heiße Einlaßventil nicht unwesentlich zur Gemischaufbereitung, insbesondere zum Verdampfen noch verbliebener flüssiger Kraftstofftröpfchen beiträgt.

Es ist ein Vergaser bekannt, der in seinem Saugrohr anstelle einer Drosselklappe einen Schieber aufweist, der in Längsrichtung zur Gemischströmung angeordnet ist und mit einer beispielsweise kegelförmigen Gegenfläche zusammenwirkt. An dem ringförmigen Drosselspalt kann je nach Lastbereich das mit größter Geschwindigkeit vorbeiströmende,Frischgas, in dem stets grobe Kraftstofftröpfchen enthalten sind, gründlich in kleinste Kraftstoffteilchen zerstäubt und somit einwandfrei aufbereitet werden. Bei einer derartigen Ausführung ergibt sich jedoch infolge der Anordnung im Vergaser zwangsläufig ein verhältnismäßig größeres Volumen zwischen der Drosseleinrichtung im Saugrohr und der Einlaßsteueröffnung im Mantel, wodurch wiederum die vorher beschriebenen Schwierigkeiten im Leerlauf und unterem Teillastgebiet auftreten. Außerdem ist diese Art der Frischgas zuführung und Aufbereitung nur auf Vergaser beschränkt und nicht auf die Kraftstoff zufuhr mittels Kraftstoffeinspritzdüse anwendbar.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drosseleinrichtung so nahe an die innere Mantelfläche zu legen, daß das zwischenliegende störende Volumen stark verringert sowie die Forderung nach einer günstigen Gemischaufbereitung und einem guten volumetrischen Wirkungsgrad sowie einen einwandfreien Lauf der Maschine im Teillastbetrieb erfüllt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drosseleinrichtung aus einem in Strömungsrichtung in den Einlaßkanal hineinragenden, axial verschiebbaren Schieber besteht, dessen Längsachse.rechtwinklig zur inneren Mantelfläche angeordnet ist und der mit einem die Einlaßsteueröffnung nahe der inneren Mantelfläche umgebenden, ringförmigen Sitz zusammenwirkt.

Der vorgeschlagene Schieber erfüllt die Funktion der üblichen Drosselklappe, wobei der Raum zwischen der Einlaßsteueröffnung und dem Schieber auf ein absolutes Minimum gebracht werden kann, so daß eintretendes Frischgas in diesem Bereich keine oder lediglich eine äußerst geringe Abgasmenge vorfindet, die keinerle'i störende Einflüsse auf die Bildung eines zündfähigen Gemisches im Leerlauf und Teillastgebiet haben kann. Als ein bedeutender Vorteil kann aber angesehen werden, daß insbesondere im Leerlauf und unteren Teillastgebiet die ringförmige Dichtfläche des Schiebers zusammen mit dem Sitz einen engen, ringförmigen veränderbaren Drosselspalt bildet, der im Gegensatz zu einer üblichen Drosselklappe bedeutend schmaler und an seinem Umfang länger ist.als die öffnung einer Drosselklappe bei gleichem Durchsatz, so daß das eintretende Kraftstoff-Luft-Gemisch durch diesen Drosselspalt eine äußerst starke Beschleunigung erhalten kann. Durch das auf diese Weise mit höchster Geschwindigkeit einströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht unmittelbar an der Einlaßsteueröffnung eine

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hochturbulente Strömung, die noch vorhandene Kraftstofftröpfchen aufreißt und völlig zerstäubt. Dadurch kann eine gründliche Durchmischung und gute Aufbereitung des angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches erzielt werden, was zu einer weitgehenden Abmagerungsfähigkeit des Frischgases führt und gleichzeitig positive Auswirkungen auf die Schadstoff komponenten im Abgas hat. Der Schieber kann aber auch soweit geöffnet werden, daß sich im Vollastgebiet keine Behinderung des Gemischstromes ergibt, wie es z. B. bei einer üblichen Drosselklappe mit deren Welle der Fall ist, wodurch eine spürbar verbesserte Leistung erreicht werden kann. Die Betätigung des Schiebers kann in üblicher Weise direkt oder indirekt über bekannte Mittel vom Gaspedal aus erfolgen.

Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann durch einen Vergaser oder eine Kraftstoffeinspritzdüse erzeugt werden und über die Zuführungsleitung bzw. den Einlaßkanal unmittelbar nach dem Passieren des Schiebers und dessen Drosselspaltes sowie der Einlaßsteueröffnung direkt in die Arbeitskammer gelangen, so daß stromabwärts der.Drosseleinrichtung keine Ablagerung von Kraftstoffteilchen an den Wandungen des Einlaßkanals möglich ist.

Der erfindungsgemäße Gedanke sieht in einer weiteren Lösung vor, daß der Schieber hohl ausgebildet ist und sein Hohlraum einen Teil des Einlaßkanales bildet und an seinem motorseitigen Ende abgeschlossen ist und stromaufwärts seiner Dichtfläche seitliche Durchtrittsöffnungen aufweist, die den Hohlraum mit einem Ringraum verbinden, der zumindest in der offenen Stellung des Schiebers mit der ansaugenden Arbeitskammer in Verbindung steht. B.ei dieser Anordnung kann die Führung des Schiebers teilweise vom Einlaßkanal gebildet

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werden. Das in axialer Richtung durch den Schieber hindurch und dessen seitliche Durchtrittsöffnungen in den Ringraum strömende Kraftstoff-Luft-Gemisch kann sich bei dieser Lösung gleichmäßig rings um die Dichtfläche des Schiebers und den Sitz verteilen und somit am Drosselspalt eine günstigere Gemischzufuhr zur Folge haben.

Es ist aber auch eine andere Lösung denkbar, nach der der Schieber im wesentlichen pilzförmig ausgebildet ist, wobei sein Kopf am motorseitigen Ende eine mit dem Sitz zusammenwirkende Dichtfläche aufweist und sein Schaft im Einlaßkanal geführt wird. Mit dieser Lösung können im Hinblick auf die Gemischaufbereitung die gleichen vorteilhaften Ergebnisse der vorher beschriebenen Ausführungen erzielt werden, wobei in diesem Fall jedoch eine einfachere Bauweise Anwendung findet.

Um ein Eindringen von Abgas in den Raum zwischen der Einlaßsteueröffnung und dem Schieber vollständig auszuschließen, kann der Schieber im geschlossenen Zustand mit der inneren Mantelfläche bündig abschließen. Das bedeutet, daß die Stirnseite des Schiebers.der Form der Trochoide, angepaßt ist. In diesem Fall sind Mittel vorgesehen, die den Schieber gegen Verdrehen sichern.

Für die Versorgung der Maschine mit einem zündfähigen Gemisch im Leerlauf kann der Leerlauf-Gemischkanal im Schieber angeordnet sein. Die Zufuhr von Leerlaufgemisch kann aber auch in bekannter Weise über ein eigenes oder mit einem Vergaser verbundenes Leerlaufsystem erfolgen, das unter Umgehung des Schiebers in die Arbeitskammer mündet. Es kann aber auch die Dichtfläche des Schiebers und/oder der Sitz so ausgebildet sein> daß im Leerlaufbetrieb ein kleiner Drosselspalt am Sitz zur Zuführung des Leerlauf-Gemisches vorhanden ist.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Teilstück eines Mantels einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit erfindungsgemäßer, teilweise geschnittener Drosseleinrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt ähnlich Fig. 1 mit Drosseleinrichtung in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. jj einen Querschnitt ähnlich Fig. 1 mit Drosseleinrichtung in einer dritten Ausführungsform, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Teilstück eines Mantels mit dem motorseitigen Ende eines erfindungsgemäßen, teilweise geschnittenen Schiebers in vergrößertem Maßstab.

Es sei zunächst auf Eig. 1 Bezug genommen, in der eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart ein Gehäuse aufweist, das aus einem Mantel 1 mit mehrbogiger innerer Mantelfläche 2 und Seitenteilen 3 besteht und einen Innenraum 4 begrenzt, in dem ein mehreckiger Kolben 5 drehbar gelagert ist, der mit seinen Ecken 6 ständig in Pfeilrichtung D an der inneren Mantelfläche 2 entlanggleitet und mit dieser Arbeitskammern wechselnden Volumens begrenzt.

In der inneren Mantelfläche 2 ist kurz vor einer achsnahen Zonö 7 eine Auslaßsteueröffnung 8 und kurz nach dieser achsnahen -Zone eine Einlaßsteueröffnung 9 vorgesehen, die vom Kolben 5 übersteuert werden. Der das Kraftstoff-Luft-Gemisch führende Einlaßkanal 10 steht beispielsweise über ein angrenzendes Saugrohr 11 entweder mit einem Vergaser 12 oder

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mit einer Kraftstoffeinspritzdüse Ij5 in Verbindung. Im Einlaßkanal 10 befindet sich eine Drosseleinrichtung, die aus einem mit seiner Längsachse rechtwinklig zur inneren Mantelfläche 2 angeordneten, im wesentlichen zylindrischen Schieber 14 besteht, der axial verschiebbar in einer Führung 15 aufgenommen wird, die spitzwinklig zum Einlaßkanal 10 und zur Strömungsrichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches angeordnet ist. Der Schieber 14 weist an seiner Stirnseite 16 eine ringförmige Dichtfläche 17 auf, die mit einem die Einlaßsteueröffnung 9 nahe der inneren Mantelfläche 2 umgebenden Sitz 18 zusammenwirkt und die Aufgabe einer für die Dosierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches allgemein üblichen Drosselklappe zu erfüllen hat.

Der Abstand 19 zwischen der Stirnseite 16 des Schiebers und der Einlaßsteueröffnung 9 kann derart klein gehalten werden, daß er lediglich durch die an der inneren Mantelfläche 2 entlanggleiten,den Ecken 6 des Kolbens 5 begrenzt wird, so daß sich in diesem Bereich lediglich eine geringe Abgasmenge ansammeln kann, die keinerlei störende Einflüsse insbesondere im Leerlauf und unteren Teillastgebiet auf die Bildung eines zündfähigen Gemisches haben kann.

Der Schieber 14 bewegt sich bei Betätigung des Gaspedals in Richtung A und gibt zwischen seiner Dichtfläche IJ und dem Sitz 18 einen ringförmigen Drosselspalt frei, durch den das vom Einlaßkanal 10 angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch hindurch in einer hochturbulenten Strömung an der Einlaßsteueröffnung 9 in die Arbeitskammer bzw. den Innenraum 4 gelangt, wobei noch vorhandene flüssige Kraftstoffteile des Kraftstoff-Luft-Gemisches an der Dichtfläche 17 aufgerissen und zerstäubt werden. Im Leerlauf, d. h. bei einem in Richtung Z geschlossenen Schieber 14 erfolgt die

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Zufuhr des Leerlaufgemisches bei diesem Ausführungsbeispiel über den Kanal 20.

In Fig. 2 wurden für gleiche oder gleichartige Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Abweichend von der Ausführung gemäß Fig. 1 wird das aus dem Einlaßkanal 10^f einströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch zunächst in die Führung 21 des Schiebers 22 gelenkt, durch den Schieber

22 hindurch und über dessen seitliche Durchtrittsöffnungen

23 in einen Ringraum 24 geführt. Vom Ringraum 24 strömt das Gemisch dann durch den von der Dichtfläche 17* und dem Sitz 18' gebildeten Drosselspalt über die Einlaßsteueröffnung 9 in den Innenraum 4. Im Leerlauf kann die Maschine entweder durch den von der Ringkammer 24 ausgehenden Kanal 20^f oder durch einen im motorseitigen Ende des Schiebers 22 an dessen Stirnseite 16' mündenden Kanal 25 mit Leerlauf-Gemisch versorgt werden.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung sind für gleiche oder gleichartige Teile, gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden. Abweichend von der Ausführung gemäß Fig. 1 wird die Drosseleinrichtung von einem pilzförmigen Schieber 26 gebildet, dessen Kopf 27 eine ringförmige Dichtfläche 17'^f aufweist, die mit dem Sitz l8'^f zusammenwirkt. Der Schaft des Schiebers 26 wird bei diesem Ausführungsbeispiel im angrenzenden Saugrohr II¹¹ geführt. Zur eindeutigen Festlegung des Schiebers 26 gegenüber dem Sitz 18'' und zur Gewährleistung eines ständigen ringförmigen Drosselspaltes wird das Saugrohr II¹¹ durch einen Bund 29 im Mantel 1 zentriert. Das beispielsweise an einer Einspritzdüse erzeugte Kraftstoff-Luft-Gemisch strömt vom Saugrohr II¹¹ in den Einlaßkanal 10'' und von dort über den Ringraum 24', den Drosselspalt, der vom Sitz 18" und der Dichtfläche 17'' gebildet wird, und der Einlaßsteueröffnung 9 in den Innenraum 4.

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Die ringförmige Dichtfläche 17, 1?' und 17'' kann je nach den Erfordernissen einer optimalen Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches entsprechend breit ausgelegt werden oder gegenüber dem Sitz 18, 18' und 18'' eine linienförmige Anlage erhalten.

Wie Fig. 4 zeigt, können die in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Schieber 14, 22 und 26 im geschlossenen Zustand am motorseitigen Ende so ausgebildet sein, daß die Stirnseite 16'' mit der inneren Mantelfläche 2 bündig abschließt und somit der Form der Trochoide angepaßt ist. Der in den vorgenannten Ausführungsbeispielen zwischen der Einlaßsteueröffnung 9 und den Stirnseiten 16 bzw. 16' befindliche Raum wird bei dieser Lösung völlig vermieden, so daß keinerlei Abgas eindringen kann und deshalb die Zündfähigkeit des eintretenden Prischgases im Leerlauf und unteren Teillastgebiet auf keinen Fall beeinträchtigt.

Die das Leerlaufgemisch führenden Kanäle 20 und 20' münden in Drehrichtung D des Kolbens 5 vor der Einlaßsteueröffnung 9 in den Innenraum 4. Dadurch kann sich im Leerlauf der Maschine eine vorteilhaftere Steuerzeit ergeben, da der Kolben 5 mit seinen Ecken 6 die Mündungen der Kanäle 20 und 20' zum überwiegenden Teil in seiner Ansaugbewegung freigibt. Außerdem wird vermieden, daß sich stromaufwärts des Drosselspaltes grobe Kraftstoffteile ansammeln, die beim öffnen des Schiebers 14, 22 und 26 mitgerissen werden und zu einer zeitweisen Überfettung des Gemisches führen können.

Für·den Fall, daß auf die das Leerlaufgemisch führenden Kanäle 20, 20' und 25 verzichtet wird oder keine eigenen Leerlaufsysteme Verwendung finden, die z. B. unter Umgehung der

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Schieber 14, 22 und 26 in die Arbeitskammer bzw. den Innenraum 4 münden, kann das Leerlaufgemisch durch den eine starke Verwirbelung verursachenden Drosselspalt zwischen dem Sitz 18, 18' oder 18" und der Dichtfläche 17, 17' oder 17'' zugeführt werden.

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche

Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit einem Mantel, dessen mehrbogige innere Mantelfläche zusammen mit Seitenteilen einen Innenraum begrenzt, in dem ein mehreckiger Kolben drehbar gelagert ist, der mit seinen Ecken ständig an der inneren Mantelfläche entlanggleitet und in der inneren Mantelfläche kurz vor einer achsnahen Zone eine Auslaßsteueröffnung und kurz nach dieser achsnahen Zone eine Einlaßsteueröffnung vorgesehen ist, die von dem Kolben übersteuert werden, wobei der Einlaßkanal mit einem Vergaser oder einer Kraftstoffeinspritzdüse in Verbindung steht und zwischen dem Vergaser bzw. der Einspritzdüse und der Einlaßsteueröffnung nahe der letzteren eine Drosseleinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung aus einem in Strömungsrichtung in den Einlaßkanal (10, 10', 10'') hineinragenden, axial verschiebbaren Schieber (14, 22, 26) besteht, dessen Längsachse rechtwinklig"zur inneren Mantelfläche (2) angeordnet ist und der mit einem die Einlaßsteueröffnung (9) nahe der inneren Mantelfläche (2) umgebenden, ringförmigen Sitz (18, I8^f, 18") zusammenwirkt.
2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (22) hohl ausgebildet ist und sein Hohlraum einen Teil des Einlaßkanales (l.Q¹) bildet und an seinem motorseitigen Ende abgeschlossen ist und stromaufwärts seiner Dichtfläche (17') seitliche Durchtrittsöffnungen (23) aufweist,die den Hohlraum mit einem Ringraum (24) verbinden, der zumindest in der offenen Stellung des Schiebers (22) mit der ansaugenden Arbeitskammer in Verbindung steht.
3. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (26) im wesentlichen pilzförmig ausgebildet ist, wobei sein Kopf (27) am motorseitigen Ende eine mit dem Sitz (18'^!) zusammenwirkende Dichtfläche (17^f') aufweist und sein Schaft (28) im Einlaßkanal (10") geführt wird.
4. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (14, 22, 26) im geschlossenen Zustand mit der inneren Mantelfläche (2) bündig abschließt.
5. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche

1 bis 4, gekennzeichnet durch einen den Schiebesitz (18, 18', 18'') umgehenden Kanal (20, 20') für das Leerlaufgemisch.
6. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Leerlauf-Gemischkanal (25) im Schieber (14, 22, 26) angeordnet ist.

J. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach'Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Leerlaufgemisch führende Kanal (20, 20') in Drehrichtung (D) des Kolbens (5) vor der Einlaßsteueröffnung (9) in den Innenraum (4) mündet.

2. Juli 1973
Co/re

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