DE2340298A1

DE2340298A1 - Rotationskolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2340298A1
Application number: DE19732340298
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Keerl; Helmut Maurer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-08-09
Filing date: 1973-08-09
Publication date: 1975-02-20
Also published as: IT1017991B; FR2240354B3; FR2240354A1; GB1483096A; JPS5044306A

Description

R. 1 6 3 5

1.8.1975 Ka/Sz

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfs-Anmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Rotationskolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Rotationskolben in je einem Arbeitsraum, von denen ein einen ersten Rotationskolben aufweisender erster Arbeitsraum und ein einen zweiten Rotationskolben aufweisender zweiter Arbeitsraum durch wenigstens einen Überströmkanal miteinander verbunden sind.

Rotationskolben-Brennkraftmaschinen dieser Art sind bekannt als sogenannte Diesel-Wankelmotoren, wobei der erste Arbeitsraum eine Hochdruck- und der zweite Arbeitsraum eine Niederdruckstufe der Brennkraftmaschine darstellt. Bei diesen bekannten Brennkraftmaschinen wird Verbrennungsluft durch eine Einlaßöffnung in die

5 09808/0584 —2-

Niederdruekstufe angesaugt, dort vorverdichtet und über den Überströmkanal in die Hochdruckstufe der Brennkraftmaschine gedrückt. Dort wird im Augenblick höchster Kompression Kraftstoff eingespritzt, wodurch eine Selbstzündung eintritt. Die Expansion der brennenden Gase beginnt in der Hochdruckkammer, pflanzt sich über einen weiteren Überströmkanal in die Niederdruckstufe fort, so daß dort der Rotationskolben angetrieben wird. Von der Niederdruckstufe, in der die Verbrennungsgase weitgehend entspannt werden, führt ein Auslaßkanal in das Auspuffsystem der Brennkraftmaschine. Eine derartige Zweistufenverdichtung ist notwendig, da nur ein einziger Rotationskolben den für die Selbstzündung erforderlichen hohen Druck nicht erzeugen kann.

Im Gegensatz hierzu liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine fremdgezündete, mit Rotationskolben arbeitende Brennkraftmaschine zu schaffen, die ein besonders schadstoffarmes Abgas aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,- daß in einer ersten Kammer des ersten Arbeitsraumes ein durch den ersten Rotationskolben verdichtetes, fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Hilfe einer Zündeinrichtung zündbar ist, daß unter Drehung des ersten Rotationskolbens das brennende Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den Überströmkanal in eine Kammer des zweiten Arbeitsraumes übertritt und ein dort befindliches mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zündet, welches bei Expansion den zweiten Rotationskolben treibt (Schichtverbrennung).

Äihnlich den Überlegungen bei Schichtladungsmotoren mit Hubkolben kann hierdurch mit einem insgesamt mageren und damit schadstoffarmen Kraftstoff-Luft-Gemisch gefahren werden. Das für eine normale Zündkerzenzündung zu arme Gemisch wird durch die Aufteilung in ein zündbares fettes Gemisch und ein extrem armes Gemisch entzündbar, indem nach Zündung des fetten Gemisches durch die große Hitzeentwicklung das arme Gemisch entzündbar wird.

509808/0584

— "3 —

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus* den zugehörigen Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine, bei der ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch direkt dem ersten Arbeitsraum zugeführt wird,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine, bei der dem ersten Arbeitsraum ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, das mit Hilfe einer Einspritzeinrichtung in dem ersten Arbeitsraum angereichert wird, und

Fig. 5 ein Diagramm, in dem die Schadstoffanteile des Abgases über der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches (^) aufgetragen sind.

In Fig. 1 ist schematisch und im Schnitt eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Die Rotationskolben-Brennkraftmaschine 10 weist einen ersten Arbeitsraum 11 und einen zweiten Arbeitsraum 12 auf. In dem ersten Arbeitsraum 11 ist ein erster Rotationskolben 13 angeordnet und in dem zweiten Arbeitsraum 12 bewegt sich ein zweiter Rotationskolben 14. Die Rotationskolben 15 land 14 laufen dabei auf einer Trochoiden-Laufbahn ab und übertragen die Drehbewegung auf eine erste Exzenterwelle 15 und eine zweite Exzenterwelle· 16, die mechanisch miteinander gekuppelt sind. Dies kann beispielsweise über ein Getriebe erfolgen; es ist aber auch möglich, die beiden Rotationskolben 14 und 15 auf einer gemeinsamen Achse anzuordnen. Die Drehrichtung der beiden Rotationskolben 14 und 15 ist durch Pfeile angedeutet. In den ersten Arbeitsraum 11 der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 10

- 4 -509808/05 8 4

mündet ein Ansaugrohr 17, das an einem an sich bekannten Vergaser 18 angeschlossen ist. In dem Ansaugrohr 17 ist eine Drosselklappe 19 angeordnet.

Zu dem zweiten Arbeitsraum 12 der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 10 führt ein Ansaugrohr 20, das mit einem Vergaser 21 verbunden ist. In dem Ansaugrohr 20 ist eine Drosselklappe 22 angeordnet. Die beiden Arbeitsräume 11 und 12 der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 10 sind durch einen Überströmkanal 23 miteinander verbunden; von dem zweiten Arbeitsraum der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 10 führt eine Auslaßleitung 2k zu einem nicht dargestellten Auspuffsystem.

Die Vergaser 18 und 21 können auch durch andere Gemischaufbereitungseinrichtungen, beispielsweise durch intermittierend abspritzende Einspritzanlagen oder durch kontinuierlich einspritzende Einspritzanlagen ersetzt werden.

Mit Hilfe des Vergasers 18 wird ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch erzeugt, das z. B. etwa einer Luftzahl J( = 0,8 entspricht. Die Luftzahl λ ist so definiert, daß sie den Zahlenwert 1,0 annimmt, wenn ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch vorliegt. Bei Luftüberschuß nimmt die Luftzahl X einen Wert über 1,0 an, bei Luftmangel, d. h. bei Kraftstoffübersehuß, hat die Luftzahl einen Wert unter 1,0. Das fette Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt in den ersten Arbeitsraum. 11 und wird mit Hilfe des ersten Rotationskolbens I5 verdichtet. In einer durch den ersten Rotationskolben 15 und die trochoidenförmige Lauffläche des Arbeitsraumes gebildeten ersten Kammer 25 wird das komprimierte fette Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Hilfe einer in diese Kammer hineinragenden Zündkerze 26 gezündet und expandiert unter Drehung des ersten Rotationskolben 1J>.

- 5 509808/0584

_ 5 —

Durch den Vergaser 21 wird ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einer LuftzahlAvon z. B. ungefähr 1,4 bis 1,6 gebildet, durch den zweiten Rotationskolben 14 angesaugt und ebenfalls verdichtet. In das verdichtete magere Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem zweiten Arbeitsraum 12 schließt das brennende Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem ersten Arbeitsraum 11 über den Überströmkanal 25 hinein und entzündet dieses trotz des großen Luftüberschusses sicher. Das expandierende Gas in dem zweiten Arbeitsraum treibt den zweiten Rotationskolben und tritt weitgehend entspannt bei geöffneter Auslaßleitung 24 aus dem zweiten Arbeitsraum der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 10 aus.

Der Aufbau der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 27 nach Fig. 2 entspricht in wesentlichen Teilen dem Aufbau der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 10 nach Fig. 1. Gleiche oder gleichwirkende Teile tragen dieselben Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1. Die Rotationskolben-Brennkraftmaschine 27 hat einen ersten Arbeitsraum 11, in dem ein erster Rotationskolben IJ umläuft. In dem zweiten Arbeitsraum 12 läuft der zweite Rotationskolben 14 um. Die beiden Arbeitsräume 11 und 12 sind durch den Überströmkanal 2'j> miteinander verbunden, auf der Ansaugseite der beiden Arbeitsräume 11 und 12 ist ein zweiter Überströmkanal 28 vorgesehen. In der bei einer bestimmten Stellung des Rotationskolbens 13 durch dessen Wand und die Wand der trochoiden Laufbahn gebildeten ersten Kammer 25 ist die Zündkerze 26 angeordnet. Zusätzlich ragt in diese erste Kammer 25 ein Einspritzventil 29 hinein.

Zu dem zweiten Arbeitsraum 12 der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 27 führt das Ansaugrohr 20, das mit dem Vergaser 21 verbunden ist. In dem Ansaugrohr 20 ist die Drosselklappe 22 angeordnet. Wie auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann der Vergaser 21 hier durch eine andere Gemischaufbereitungseinrichtung ersetzt werden. Der Vergaser 21 bildet ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einer Luftzahl, die z. B. etwa im Bereich Ji = 1,4 bis 1,6 liegt. Dieses magere Kraftstoff-Luft-Gemisch

509808/058A

wird von dem sich drehenden Rotationskolben 14 angesaugt und verdichtet, wobei ein Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch den zweiten überströmkanal 28 in den ersten Arbeitsraum 11 der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 27 eintritt. Dieser in den ersten Arbeitsraum 11 gelangende Teil des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches wird verdichtet, und mit Hilfe des Einspritzventiles 29, welches zusätzlichen Kraftstoff einspritzt, angereichert, so daß die Luftzahl des Kraftstoff-Luft-Gemisches etwa einen Wert von z. B. X= 0,8 annimmt. Dieses verdichtete fette Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mit Hilfe der Zündkerze 26 gezündet und expandiert, wobei es den ersten Rotationskolben I3 treibt. Gleichzeitig treten die brennenden Gase durch den ersten Überströmkanal in den zweiten Arbeitsraum über und zünden das dort befindliche magere Kraftstoff-Luft-Gemisch besonders gut. Dieses gezündete magere Kraftstoff-Luft-Gemisch expandiert und treibt dabei den zweiten Rotationskolben 14. Wenn die Auslaßleitung 24 bei einer bestimmten Stellung des zweiten Rotationskolbens 14 freigegeben wird, tritt das weitgehend entspannte Gas aus dem zweiten Arbeitsraum aus und wird über eine nicht dargestellte Auspuffanlage ins Freie geleitet.

Das Einspritzventil 29, das hier in der Nähe der Zündkerze 26 angeordnet ist, kann auch an einer Stelle angebracht sein, die bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weiter links von dem dort gezeigten Einbauort liegt.

Das Besondere an der Arbeitsweise der anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispiele gegenüber herkömmlichen Motoren soll anhand des in Fig. J> dargestellten Diagramms erläutert werden. In dem Diagramm nach Fig. j5 ist die Menge der Schadstoffe über der Luftzahl/\ aufgetragen. Als Schadstoffe sind dabei die Stickoxide N0„, das Kohlenmonoxid CO und Kohlenwasserstoffe HC berücksichtigt. Bei den heute üblichen Brennkraftmaschinen steigt der Gehalt an Stickoxiden mit wechselnder Luftzahl bis zu einem Maximum, das etwa bei einem Wert von λ = 1,0 liegt. Dies ist be-

B09808/058A

dingt durch die ständig steigende Verbrennungstemperatur in diesem Bereich. Ab-A 1,0 sinkt die Verbrennungstemperatur wieder und somit sinkt auch entsprechend der Kurve J50 der Gehalt an Stickoxiden. Kohlenmonoxid fällt mit wachsenden Λ -Werten ständig entsprechend der Kurve Jl. Auch die Kohlenwasserstoffe nehmen mit wachsender Luftzahl^ zunächst ab und erreichen etwa bei* = 1,1 ein Minimum. Ab da nehmen die Kohlenwasserstoffe im Abgas mit steigender Luftzahl χ entsprechend der Kurve 22 wieder zu. Die Zunahme der Kohlenwasserstoffe erfolgt deshalb, weil etwa ab der Luftzahl^ = 1,2 verstärkt Zündaussetzer der Brennkraftmaschine auftreten. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird erreicht, daß

die maximale Temperatur in den Brennräumen der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 10 bzw. 27 soweit abgesenkt wird, daß der Anteil der Stickoxide im Abgas der Brennkraftmaschine entsprechend der Kurve y$ mit wachsender Luftzahl A abgesenkt wird. Da weiterhin durch die besonders gute Zündung des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem zweiten Arbeitsraum 12 Zündaussetzer praktisch nicht mehr auftreten, sinkt auch mit steigender Luftzahl \ über den Wert Jk 1,2 hinaus der Anteil der Kohlenwasserstoffe entsprechend dem Kurvenzug 34 immer weiter. Auch der Anteil des Kohlenmonoxids wird entsprechend der Kurve 35 noch weiter abgesenkt und bleibt auch bei großen X -Werten niedrig. Besonders günstig wirkt sich dabei eine interne Abgasrückführung zwischen den Arbeitsräumen 11 und 12 aus.

Wie schon angedeutet, können die Vergaser 18 und 21 durch Einspritzeinrichtungen mit intermittierender Einspritzung oder durch Einspritzeinrichtungen mit kontinuierlicher Einspritzung in das Ansaugrohr ersetzt werden. Zweckmäßigerweise sind dabei die Gemischaufbereitungseinrichtungen so miteinander in Wirkverbindung gebracht, daß beispielsweise bei einer zunehmenden Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem ersten Arbeitsraum 11 das in den zweiten Arbeitsraum 12 gelangende Kraftstoff-Luft-Gemisch abgemagert wird, und daß umgekehrt bei einer zunehmenden Anreicherung des in den zweiten Arbeitsraum 12 gelangenden mageren

509808/0584

Kraftstoff-Luft-Gemisches das Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches dem ersten Arbeitsraum 11 zugeführt wird, abgemagert wird.

509808/0584

Claims

Robert Bosch GmbH R.

Stuttgart

Ansprüche

1.J Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Rotationskolben in je einem Arbeitsraum, von denen ein einen ersten Rotationskolben aufweisender erster Arbeitsraum und ein einen zweiten Rotationskolben aufweisender zweiter Arbeitsraum durch wenigstens einen Überströmkanal miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Kammer (25) des ersten Arbeitsraumes (11) ein durch den ersten Rotationskolben (12) verdichtet, fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Hilfe einer Zündeinrichtung (26) zündbar ist, daß unter Drehung des ersten Rotationskolbens (15) das brennende Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den Überströmkanal (2J) in eine Kammer des zweiten Arbeitsraumes (12) übertritt und ein dort befindliches mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zündet, welches bei Expansion den zweiten Rotationskolben (14) treibt (Schichtverbrennung).

2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der ersten Kammer (25) des ersten Arbeitsraumes (11) gezündete fette Kraftstoff-Luft-Gemisch in einer Gemischaufbereitungseinrichtung (18) außerhalb des ersten Arbeitsraumes (11) aufbereitet wird und über ein Ansaugrohr. (17) dem ersten Arbeitsraum (11) zugeführt wird.

- 10 509808/0584

5. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gemischauf bereitungseinriehtung (18 bzw. 21) zur Bildung eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgesehen ist, daß das magere Kraftstoff-Luft-Geraisch dem ersten Arbeitsraum (11) zugeführt wird und daß in dem ersten Arbeitsraum (11) eine Einspritzeinrichtung (29) zur Anreiche rung des zugeführten mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches angeordnet ist,

4. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Arbeitsraum (11) direkt über ein Ansaugrohr (17) mit der Gemischaufbereitungseinrichtung (18) verbunden ist.

5· Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch dem ersten Arbeitsraum (11) über den zweiten Arbeitsraum (12) und einen zweiten Überströmkanal (28) zugeführt wird.

6. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskolben 14) synchron zueinander umlaufen.

7« Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskolben über ein Getriebe miteinander verbunden sind.

- 11 509808/0584

8. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskolben 14) auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.

9· Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischaufbereitungseinrichtung (18, 21) für das fette und das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch miteinander in Wirkverbindung stehen und sich derart beeinflussen, daß bei einer Anreicherung des einen Kraftstoff-Luft-Gemisches eine Abmagerung des zweiten Kraftstoff-Luft-Gemisches eintritt.

10. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche

1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Gemischaufbereitungseinrichtungen wenigstens zwei Vergaser (18, 21) vorgesehen sind.

11. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche

1 bis 9# dadurch gekennzeichnet, daß als Gemischaufbereitungseinrichtungen wenigstens ein Vergaser (18 bzw. 21) und wenigstens eine Einspritzeinrichtung (29) vorgesehen sind.

12. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche

1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß als Gemischaufbereitungseinrichtungen wenigstens zwei Einspritzeinrichtungen vorgesehen sind.

- 12 -

50980 87 0584

10 -

15. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Gemischaufbereitungs· einrichtung wenigstens eine Einspritzeinrichtung mit kontinuierlicher Einspritzung in das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

509808/0584