DE2363863A1

DE2363863A1 - Drehkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2363863A1
Application number: DE2363863A
Authority: DE
Inventors: Ryozo Ito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1973-02-01
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1974-08-15
Also published as: DE2363863B2; GB1412934A; JPS534569B2; DE2363863C3; JPS49100405A

Description

mein Zeichen: 0151 Pt ? ^R? 8 R ^

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha, 1, Toyota-cho, Toyota-shi, Aichi-ken, Japan

Drehkolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolben-Brennkraftmaschine mit einem Drehkolben, welcher in einem Rotorgehäuse längs einer trochoiden Innenfläche in diesem Gehäuse exzentrische Drehbewegungen vollführt, und zwar zum Zwecke der Durchführung der vier Arbeitstakte, nämlich Ansaugen, Kompression, Arbeitshub und Auspuff derart, daß auf eine exzentrische Welle ein Drehmoment ausgeübt wird. Die Erfindung bezieht sich im besonderen auf die Verbesserung der Anordnung der Verbrennungs-Kammern in dem Rotor, der Einlaßöffnungen und der Lage der Zündkerze in einer derartigen Drehkolben-Brennkraftmaschine.

Ganz allgemein gesprochen erfordern die zum Stande, der Technik zählenden Drehkolben-Brennkraftmaschinen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoff-Luftgemisches und eine vergleichsweise große Fläche für den Verbrennungsraum, Was zur Folge hat, daß in diesem Falle eine sehr fette Brennstoff-Luftmischung benutzt wird. Die Folge davon ist, daß diese Drehkolben-Brennkraftmaschinen insofern sehr nachteilig sind, als sehr große Mengen an Kohlenmonoxid (CO) und an unverbrannten Stoffen (HC)

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im Vergleich zu kleinen Mengen an Stickstoffoxyden (NOx) gebildet werden. Diese Stoffe sind aber als schädliche Stoffe zu bezeichnen. Um das Problem der Kontrolle der Auspuffgase zu lösen, hat man bisher einen thermischen Reaktor oder einen Katalysator-Konverter vorgeschlagen, um den Gehalt an CO und HC in den Auspuffgasen zu reduzieren. Die Anordnung einer derartigen zusätzlichen Vorrichtung kompliziert aber die Konstruktion der Drehkolben-Brennkraftmaschine und führt darüber hinaus zu einer erheblichen Steigerung der Fertigungskosten. Darüber hinaus besteht die Gefahr einer sekundären Luftverschmutzung, und zwar als Folge des Katalysators oder eines ähnlichen Reinigungsmittels.

Aufgabe der.Erfindung ist es, eine Drehkolben-Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welcher die Bildung von NOx durch Anreicherung des zu verbrennenden Brennstoff-Luftgemisches begrenzt und darüber hinaus der Anfall an CO und HC sowie die Emission derartiger Verunreinigungen dadurch herabgesetzt werden, daß im wesentlichen der Brennstoffgehalt des zu verbrennenden, gesamten Brennstoff-Luftgemisches reduziert wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung noch etwas näher erläutert«, In dieser zeigen in rein schematischer Weise:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolben-Brennkraftmaschine ,

Fig. 2 eine Seitenansicht der gewölbten Oberfläche des Rotors der erfindungsgemäßen Drehkolben-Brennkraftmaschine ,

Fig. 3 ein Diagramm, welches den zeitlichen Verlauf des Öffnens und des Schließens der Haupt-Einlaßöffnungen und Hilfs-Einlaßöffnungen darstellt, - 3 4 09833/0656

Fig. 4a bis 4d Details der erfindungsgemäßen Drehkolben-Brennkraftmaschine in ihren vier Arbeitsstellungen,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer etwas abgewandelten Ausführungsform des Rotors der erfindungsgemäßen Drehkolben-Brennkraftmaschine ,

Fig. 6 eine Ansicht bzw. einen Schnitt einer etwas abgewandelten Ausführungsform der Anordnung der Haupteinlaßkanäle sowie der Hilfseinlaßkanäle .

Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung wird insbesondere auf die Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 hingewiesen. Dabei ist eine Rotor-Kammer vorgesehen, die im Querschnitt im wesentlichen oval ausgebildet ist und von dem Ro-torgehäuse 2 umgeben wird. Dieses Rotorgehäuse 2 besitzt eine trochoidenförmige Innenfläche 1 und Seitengehäuse 4, welche flache Endflächen 3 bilden. Ein im allgemeinen dreieckförmiger Rotor 5 ist in dieser Kammer angeordnet derart, daß er auf einer exzentrischen Welle 8 exzentrische Drehbewegungen vollführen kann. In den Gipfelpunkten der drei Spitzen oder Vorsprünge des Rotors 5 sind drei Dichtungen 6, 6a und 6b vorgesehen, welche mit der trochoidenförmigen Innenwand 1 in gleitender Berührung stehen. Längs einer jeden der drei Seiten des Rotors, welcher mit den flachen Endflächen 3 in gleitender Berührung steht, ist eine Seitendichtung 7 angeordnet.

Auf der gewölbten Seitenfläche 9 des Rotors 5 (Fig. 2) sind zwei voneinander unabhängige Kammern oder Vertiefungen 10, 11 vorgesehen, welche als Hauptbrennkammer bzw. Hilfsbrennkammer dienen. Die Hauptbrennkammer liegt dabei - in Drehrich-^; tung des Rotors gesehen - vor der Hilfsbrennkammer. In ähnlicher Weise sind Vertiefungen 10 und 11 in einer jeden der anderen beiden Seiten des Rotors 5 angeordnet. Jenseits eines trochoid^n-

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förmigen VerengungsvorSprunges 12 in der Fläche 1 des Rotorgehäuses 2 - in Drehrichtung des Rotors gesehen - ist ein Haupteinlaßkanal 13 in dem Rotorgehäuse 2 vorgesehen, während ein Hilfseinlaßkanal 14 in dem Seitengehäuse 4 angeordnet ist. Dabei ist der Querschnitt des Hilfseinlaßkanales 14 kleiner als der Querschnitt des Haupteinlaßkanales 13. Der Haupteinlaßkanal 13 steht dabei über die Einlaßleitung 15 mit dem Vergaser 16 in Verbindung, der ein Brennstoff-Luftgemisch liefert, das magerer ist als das theoretische Brennstoff-Luftverhältnis. Die Hilfseinlaßöffnung 14 steht über eine andere Einlaßleitung 17 mit einem weiteren Vergaser 18 in Verbindung, der ein Brennstoff-

das

Luftgemisch liefert, das reicher, also fetter ist als/theoretische Brennstoff-Luft-Verhältnis. Die beiden Öffnungen 13, 14 sind in der Weise geöffnet, daß beim Vorbeigehen der Dichtung 6a an dem ersten Vorsprung, die Haupteinlaßöffnung 13 teilweise frei und anschließend daran gänzlich geöffnet ist, wie dies in Figur 3 mit einer durchgehenden Linie angedeutet ist. Da sich die exzentrische Welle 8 kontinuierlich dreht, rotiert infolgedessen der Rotor 5 exzentrisch, so daß sich die Seitendichtung 7 an der Hilfseinlaßöffnung 14 vorbeibewegt. Auf diese Weise wird letztere zunächst teilweise und anschließend daran vollständig freigegeben, wie dies in Figur 3 der gestrichelte Linienzug andeutet. In ähnlicher Weise wird - nachdem beide Einlaßöffnungen 13, 14 vollständig freigegeben, also geöffnet wurden die Haupteinlaßöffnung 13 dadurch zuerst geschlossen, daß an ihr die Dichtung 6b des zweiten Vorsprunges vorbeigeht. Dann wird die Hilfseinlaßöffnung 14 von der Seitendichtung 7 auf der gleichen Seite des Rotors geschlossen. Die Auspufföffnung 19 ist hinter dem trochoidenförmigen Verengungsvorsprung 12 des Rotorgehäuses 2 offen, und zwar in Drehrichtung des Rotors gesehen. Hinter der gegenüberliegenden trochoidenförmigen Verengung 20 ist eine Zündkerze 21 angeordnet.

Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion arbeitet die Drehkolben-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung in einer Weise, wie dies die Figuren 4a bis 4d im einzelnen zeigen. In der frühen Hälfte des Ansaugzyklus nach Figur 4a gibt der Rotor

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5 die Haupteinlaßöffnung 13 völlig frei, so daß der Vergaser 16 lediglich ein mageres Gemisch in den Verbrennungsraum einführt. Die Mischung in ihrem überwiegenden Teil tritt nun in die Vertiefung 10 der Brennkammer sowie in den benachbarten Raum, wobei ein kleines Verhältnis der Ladung ihren Weg in die Kammer 11 oder Vertiefung der Hilfsbrennkammer nimmt, welche mit der Auspufföffnung 19 in Verbindung steht. Der Rotor 5» welcher sich in Bereich der zweiten Hälfte des Einlaßzyklusses gemäß Figur 4b bewegt, beginnt mit dem Schließen der Haupteinlaßöffnung 13. Hierdurch schwindet der Nachschub an einem mageren Gemisch. Dafür wird aber die Hilfseinlaßöffnung 14 voll offengehalten, so daß ein von dem Vergaser 18 herrührendes fettes Gemisch eingesteuert werden kann. Da die Vertiefung 10 der Hauptbrennkammer mit einem mageren Gemisch vollgefüllt ist, und diese Kammer 10 - in Drehrichtung des Rotors gesehen - vor der Kammer 11 liegt, sammelt sich das ankommende fette Gemisch in dem Raum in und um die Vertiefung 11 der Hilfsbrennkammer herum an, die nur sehr wenig mageres Gemisch enthält. Da sich das magere Gemisch in nahezu allen Räumen einschließlich der Vertiefung 10 der Hauptbrennkammer befindet, während sich das fette Gemisch lediglich in und um die Vertiefung der Hilfsbrennkammer herum ansammelt, setzt der Rotor seine exzentrische Drehbewegung fort und verdichtet die Mischungen in dem folgenden Kompressionszyklus. Wenn die Vertiefung 10 der Hilfsbrennkammer sich so weit gedreht hat, daß sie der Zündkerze 21 gegenüberliegt, wird letztere in Tätigkeit gesetzt und zündet damit die fette Mischung, wobei auf diese Weise der Krafthub eingeleitet wird. Wie die Figur 4d zeigt, bewirkt die weitere exzentrische Drehbewegung des Rotors 5 ein Ausstoßen der brennenden reichen Mischung bei " sehr hoher Geschwindigkeit in Drehrichtung des Rotors 5, d. h. in Richtung der Vertiefung 10 der Hauptbrennkammer. Hierdurch wird die magere Mischung außerordentlich wirksam verbrannt. Die Abgase werden von dem Rotor 5 aus der Brennkammer über den Auspuff 19 nach außen geschobene

Zwischen den in den gewölbten Seitenflächen 9 des Rotors 5 (Figur 5) liegenden Vertiefungen 10, 11 kann eine Nut

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bzw. ein Kanal angeordnet werden<> · Dieser erleichtert eine schnelle Verbreitung der Flammenfront zum Zwecke einer wirksamen Verbrennimg« Es ist auch möglich, beide Einlaßöffnungen 13, 14 in ein und demselben Seitengehäuse 4 anzuordnen;, wie dies die Figur 6 der Zeichnung zeigt« Man kann aber auch die Haupteinlaßöffnung 13 in dem einen Seitengehäuse 4 und die Hilfseinlaßöffnung 14 in dem Rotorgehäuse 2 anordnen« Es besteht aber auch die Möglichkeit, beide Einlaßöffnungen 13, 14 in dem Rotorgehäuse vorzusehen.

Aus vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß die Drehkolben-Brennkraftmas chine gemäß der Erfindung eine Verbrennungskammer--Anordnung zeigt, welche sicherstellt, daß eine fette Mischung zuerst verbrannt wird* Hierdurch wird die Zündfähigkeit der gesamten Brennstoffladung verbessert, wobei gleichzeitig die Produktion von NOx herabgesetzt wird., Da die Hauptmischung der von der Flamme zu zündenden fetten Mischung mager ist, ist- die Produktion/CO und HC ebenfalls begrenzt, so daß die Gesamtmenge an schädlichen Stoffen in den Abgasen auf ein Minimum herabgesetzt werden kann. Diese Anordnung macht auch die Notwendigkeit von Abgasreinigungsgeräten außerhalb des Motors entbehrlich, was auch zur Folge hat, daß eine kompakte, in der Herstellung billige und auch betriebssichere Drehkolben-Brennkraftmaschine verwirklicht wird.

Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzen den Schutzumfang der Erfindung keineswegs. Es sind vielmehr noch weitere Verwirklichungsformen möglich und denkbar, ohne daß hierdurch der Rahmen der Grundkonzeption gesprengt wird.

- Patentansprüche -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Drehkolben-Brennkraftmaschine, deren Drehkolben exzentrisch in einer von einem Rotorgehäuse umgebenen Kammer rotiert, wobei diese Kammer eine trochoidenförmige Innenwand besitzt und der Rotor die vier Arbeitstakte, nämlich Ansaugen, Verdichten, Arbeitshub und Auspuff durchläuft, dadurch gekennze ichne t , daß eine jede gewölbte Seitenfläche des Rotors (5) eine Hauptverbrennungskammer-Vertiefung (10) und eine Hilfsverbrennungskamraer-Vertiefung (11), .--besitzt, wobei die Hauptverbrennungskammer-Vertiefung (10) , in .Drehrichtung des Rotors (5) gesehen vor der Hilfsverbrennungskammer-Vertiefung (11) liegt, daß ferner eine Haupteinlaßöffnung (13) zur Einführung eines mageren Brennstoff-Luftgemisches in die Vertiefung (10) und eine Hilfseinlaßöffnung (14) zur Einführung eines fetten Brennstoff-Luftgemisches in die Vertiefung (11) vorgesehen sind, und diese Einlaßöffnungen (13, 14) in denjenigen Teilen des Rotorgehäuses (2) angeordnet sind, welche in Drehrichtung des Rotors (5) gesehen jenseits der einen trochoidenförmigen Verengung (12) des Rotorgehäuses (2) liegen, und daß eine Zündkerze (21) zur Zündung der fetten Mischung in der Vertiefung (11) angeordnet ist, welch letztere in Drehrichtung des Rotors (5) gesehen in dem hinter der gegenüberliegenden trochoidenförmigen Verengung (20) liegenden Teil des Rotorgehäuses (2) vorgesehen ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse Seitenwände mit flachen Innenflächen besitzt, welche sich mit der trochoiden- 2· förmigen Wand so vereinigen, daß sie die Kammer umschließen, und daß die Haupteinlaßöffnung in der trochoidenförmigen Wand angeordnet ist, während die Hilfseinlaßöffnung in einer/öei-

tenwände vorgesehen ist. ;
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge- j kennzeichnet , daß das Gehäuse Seitenwände mit ■

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flachen Innenflächen besitzt, welche sich mit der trochoidenförmigen Wand so verbinden, daß sie die Kammer umschließen, und daß beide Einlaßöffnungen in der trochoidenförmigen Wand angeordnet sind.
4. Brennkraftmaschine- nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse Seitenwände mit flachen Innenflächen besitzt, welche sich mit der trochoiden-

. förmigen Wand so vereinigen, daß sie die Kammer umschließen, und daß die Einlaßöffnungen in der flachen Fläche der Seitenwände angeordnet sind.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse Seitenwände mit flachen Innenflächen besitzt, welche mit der trochoidenförmigen Fläche derart vereinigt sind, daß sie die Kammer umschließen, und daß in dem Rotor eine Nut (22) vorgesehen ist, welche die Hauptverbrennungskammer-Vertiefung (10) mit der Hilfsverbrennungskammer-Vertiefung (11) verbindet.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gehäuse mit einer trochoidenförmigen Wand und Seitenwände vorgesehen sind, welche im wesentlichen flache Innenflächen besitzen, die sich miteinander so vereinigen, daß eine im wesentlichen oval-zylinderförmige Kammer umschlossen wird, daß diese trochoidenförmige Wand erste und zweite Verengungen besitzt, die diametral zueinander angeordnet sind, daß eine Welle und ein auf dieser Welle exzentrisch gelagerter Rotor vorgesehen sind, der in dieser Kammer Drehbewegungen vollführt und drei konvexe Seiten aufweist, welche an Gipfelpunkten zusammentreffen, die mit der trochoidenförmigen Wand und im wesentlichen mit den der flachen Innenfläche des Gehäuses gegenüberliegenden flachen Endwänden in gleitender Berührung stehen, daß ferner in einer jeden konvexen Seite des Rotors eine den Hauptverdichtungsraum bildende erste Aussparung und eine den Hilfs-

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verdichtungsraum bildende zweite Aussparung vorgesehen sind, wobei die Verdichtungskammern hintereinander mit Abstand zueinander gelagert sind, und die erste Verdichtungskammer während der Drehbewegung des Rotors vor der zweiten Verdichtungskammer liegt, daß ferner eine Haupteinlaßöffnung in dem Gehäuse zur Zuführung eines mageren Brennstoff-Luftgemisches in die Hauptverbrennungskammer vorgesehen ist, während über Jj. eine Hilfseinlaßöffnung in dem Gehäuse ein fettes Brennstoff-Luftgemisch in die Verbrennungskammer eingeführt wird, daß diese Einlaßöffnungen in unmittelbarer Nähe zu der ersten dieser Verengungen liegen, und zwar jenseits der in Drehrichtung des Motors gesehenen Verengung, daß Mittel zur Zündung des Brennstoff-Luftgemisches in der Hilfsverbrennungskammer vorgesehen sind, welche auf diesem Gehäuse in unmittelbarer Nähe zu der zweiten Verengung und in Drehrichtung des Rotors gesehen vor dieser Verengung angeordnet sind, und daß in unmittelbarer Nähe zu der ersten Verengung und in Drehrichtung des Rotors gesehen vor der Verengung eine Auslaßöffnung angeordnet ist.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Nut in der Rotorwand die -^ Hauptverbrennungskammer mit der Hilfsverbrennungskammer verbindet.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupteinlaßöffnung in der trochoidenförmigen Wandung und die Hilfseinlaßöffnung in ^- einer Seitenwand mit einer flachen Innenfläche vorgesehen ist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor an einem jeden Vorsprung Mittel zur Bildung einer Abdichtung längs der trochq- /j idenförmigen Fläche der Kammer besitzt, wobei auf einer jeden der gewölbten Kanten eine Dichtung vorgesehen ist, welche . ^

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die flache Innenfläche des Gehäuses abdichtet, und daß die Haupteinlaßöffnung und die Hilfseinlaßöffnung so angeordnet sind, daß die Hauptverbrennungskammer im wesentlichen mit dem Brennstoff-Luftgemisch gefüllt ist, wenn die Hilfsverbrennungskammer das Brennst©ff-Luftgemisch aufnimmt.

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