DE2409804A1

DE2409804A1 - Viertakt-rotationskolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2409804A1
Application number: DE2409804A
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Ing Keylwert
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1974-03-01
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1975-09-04
Also published as: JPS50121610A

Description

Viertakt-Rotationskolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine innen- und parallelachsige Viertakt-Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit am Mantel angeordneten Dichtleisten und zwei auf einem gemeinsamen Exzenter gelagerten Kolben, von denen einer mit zugehörigen Gehäuseteilen einen Kompressionsteil und der andere einen Expansionsteil bilden, wobei beide über Leitungen miteinander verbunden sind, die durch einen abgasbeaufschlagten Wärmetauscher führen.

Der thermische Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine kann dadurch verbessert werden, daß man während der Verdichtung oder in Stufen das Arbeitsgas rückkühlt und vor Beginn der Expansion noch nutzbare Wärme der Abgase zur Erwärmung des verdichteten Arbeitsgases verwendet. Dazu ist es erforderlich, daß zwischen dem Verdichtungsteil und dem Expansionsteil der Brennkraftmaschine ein Wärmetauscher vorgesehen wird, den das verdichtete Arbeitsgas und das Abgas, in vorteilhafter Weise im Gegenstromprinzip, durchströmt.

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Durch die DT-OS 2 115 300 ist eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art mit kontinuierlicher Verbrennung bekannt. Hierbei ist jedoch die Anordnung des Wärmetauschers und Führung des Arbeitsgases und der Abgase nicht festgelegt, sondern weitgehend dem Konstrukteur überlassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art den Wärmetauscher so anzuordnen, daß möglichst geringe Wärmeverluste und Strömungsverluste in den Verbindungsleitungen auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher in einem Gehäusemittelteil zwischen den beiden Kolben, die durch eine Hülse im Bereich des Exzenters dichtend miteinander verbunden sind, angeordnet ist, durch das das Abgas strömt.

Es ist eine innen- und parallelachsige Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff bekannt (DT-PS 1 526 392), bei der zwei auf einem gemeinsamen Exzenter gelagerte Kolben durch eine Hülse im Bereich des Exzenters dichtend miteinander verbunden sind und bei der durch diesen Mittelteil Abgas strömt. Allerdings findet bei dieser

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Brennkraftmaschine Ansaugung, Verdichtung, Verbrennung und Expansion in jedem Maschinenteil nacheinander statt, während die Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art einen vom Kompressionsteil getrennten Expansionsteil aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Wärmetauschers in dein Gehäusemittelteil ergeben sich kurze Verbindungswege zwischen dem Kompressions- und Expansionsteil der Brennkraftmaschine. Ferner erreicht man eine sehr kompakte Bauweise, da der Wärmetauscher je nach Baugröße kein zusätzliches Volumen beansprucht. Schließlich ist das Gehäusemittelteil günstig gegen die ölführenden Räume abzudichten, so daß keine Beeinträchtigung des Schmieröls durch die heißen Abgase zu befürchten ist.

Die Steuerung des Gaswechsels des Verdichterteils kann in einfacher Weise durch die bei Verdichtern dieser Bauart üblichen Steuerelemente erfolgen, z. B. durch eine geeignete Anordnung von Rückschlagventilen. Es sind jedoch auch grundsätzlich zwangsweise gesteuerte Ventile oder schlitzgesteuerte Kanäle möglich. Für den Expansionsteil wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen,

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KLÖCKNER-HUMBOLDT-DEUTZ AG - KÖLN - 4 - 29. 1 . 1974

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daß der Gaswechsel über im Kolben befindliche Kanäle erfolgt, wobei der Einlaß durch die relative Lage von Einlaßsteueröffnungen in der dem Gehäusemittelteil zugewandten Stirnseite des Kolbens zu axialen Dichtstreifen gesteuert wird, die in den angrenzenden Seitenwandungen des Gehäusemittelteils Mündungsöffnungen entsprechender Verbindungskanäle zum Wärmetauscher umgeben. Zweckmäßig erweist sich ferner eine weitere Ausgestaltung, bei der die Auslaßkanäle Steueröffnungen am Umfang des Kolbens aufweisen, durch deren relative Lage zu radialen Dichtleisten der Auslaß gesteuert wird und die stirnseitigen Öffnungen der Auslaßkanäle sich in der äußeren Stirnfläche des Kolbens befinden, wobei das Abgas durch Kanäle, die durch das äußere Gehäuseseitenteil und durch den Bereich der achsfernen Zonen des Mantels führen, in den Gehäusemittelteil geleitet wird, während in der Nähe der radialen Dichtleisten im Bereich der achsnahen Zonen Kühlräume vorgesehen sind.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen können bewegliche Steuerelemente vermieden werden, ferner ergibt sich eine raumsparende Steuermöglichkeit, die zugleich kürzestmögliche Verbindungskanäle vom Kompressions- zum Expansionsteil gewährleisten. Durch die Führung der Auslaßkanäle von der

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äußeren Stirnseite der Brennkraftmaschine zu dem Gehäusemittelteil über die achsfernen Zonen, wird vermieden, daß die Arbeitsräume bei der Verbrennung und Expansion zu große Wärmemengen an die Umgebung abgeben. Demgegenüber wird durch eine intensive Kühlung im Bereich der Dichtleisten die Funktionsfähigkeit dieser Bauteile sichergestellt.

Zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades ist es ferner vorteilhaft, den äußeren Gehäuseteil des Kompressionsteiles intensiv zu kühlen, wodurch sich der Verdichtungsvorgang einer isothermen Verdichtung annähert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Abb. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt entsprechend der Linie I-I in Abb. 2, bei dem in.den Längsschnitten konstruktiv wesentliche Teile in die Zeichenebene verlegt wurden.

Abb. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teilquerschnitt entsprechend der Linie II-II in Abb. 1.

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KLÖCKNER-HUMBOLDT-DEUTZ AG ■ KÖLN - 6 - 29. 1 . 1974

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Die dargestellte Brennkraftmaschine ist eine innen- und parallelachsige Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff und zwei Kolben 1 und 2, die auf einem gemeinsamen Exzenter. 3 einer Exzenterwelle 4 gelagert sind und deren Querschnittskontur 5 (Abb. 2) durch eine sechsbogige Epitrochoide bestimmt ist.

Die Exzenterwelle 4 ist in einem Gehäuse gelagert, das im wesentlichen aus Seitenteilen 6 und 8 sowie einem Gehäusemittelteil 7 besteht. Ferner sind zwischen den Seitenteilen 6 bzw. 8 und dem Gehäusemittelteil 7 Mantel 10 und 11 vorgesehen, deren innere Querschnittsbegrenzung 12 (Abb. 2) durch die äußere Hüllkurve der Querschnittskontur 5 der Kolben 1 und 2 bestimmt ist.

Eine Ansaugleitung 9 steht über einen Einlaßsammeiraum in ständiger Verbindung mit im Kolben 1 gelegenen Einlaßkanälen 14_f die an ihren am Kolbenumfang gelegenen Öffnungen 15 durch im Gehäuse angeordnete Dichtleisten 16 gesteuert werden. Dabei weist jeder Kolbenumfangsbogen in Drehrichtung, die durch einen Pfeil 17 angezeigt ist, kurz vor einer nacheilenden achsnahen Zone 18 eine solche öffnung 15 auf.

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KLÖCKNER-HUMBOLDT-DEUTZ AG · KÖLN - 7 " 29 · 1 · 1974

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Die Verbrennungsluft gelangt durch einen Einlaßkanal 14 in " einen sich vergrößernden Arbeitsraum 19> der von der Umfangsflache des Kolbens "1 und der inneren Begrenzungsfläche des Mantels 10 ,sowie dem Seitenteil 6 und dem Gehäusemittelteil 7 begrenzt wird. Nachdem die Öffnung 15 die in Drehrichtung nächstgelegene radiale Dichtleiste 16 überlaufen hat, ist der Ansaugtakt beendet und die Kompression beginnt.

Kurz vor Erreichen der oberen Totpunktstellung des Kolbens 1 überläuft eine Steueröffnung 20 eines im Kolben 1 gelegenen Auslaßkanals eine im Gehäusemittelteil gelegene axiale Dichtung 22, die die Mündungsöffnung 23 eines Vürbindungskanals 24 umschließt. Dieser führt von einem Wärmetauscher 26, der in einem Abgassammeiraum 28 im Gehäusemittelteil 7 angeordnet ist. Der Abgassammeiraum 28 ist gegenüber dem Exzenter durch eine Hülse 29 abgedichtet, die die Kolben 1 und 2 drehfest miteinander verbindet. In den Wandungen des Gehäusemittelteils 7 sowie in denen der Seitenteile 6 bzw. 8 sind Kühlräume 25 und 27 vorgesehen.

Der Expansionsteil ist im wesentlichen so aufgebaut wie der Kompressionsteil, jedoch mit entgegengesetztem Verfahrens-

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ablauf. Die komprimierte Verbrennungsluft·gelangt von dem Wärmetauscher 26 über Verbindungskanäle 34 und Einlaßkanäle 39, deren in der Kolbenstirnseite .gelegene Steueröffnungen 31 mit axialen Dichtstreifen 32 zusammenarbeiten,- die Mündungsöffnungen 33 der Verbindungskanäle 34 umgeben, kurz nach der oberen Totpunktstellung in einen sich vergrößernden Arbeitsraum 19 des Expansionsteiles. Nach Abschluß der Luftzufuhr wird der Kraftstoff durch eine Einrichtung 35 zugeführt und darauf gezündet. Die darauffolgende Expansion ist beendet, wenn eine umfangsseitige Auslaßsteueröffnung 36, die in Drehrichtung 17 des Kolbens 2 gesehen kurz hinter einer voreilenden, achsnahen Zone liegt, die in Drehrichtung 17 des Kolbens 2 nächstgelegene radiale Dichtleiste 16 überläuft. Danach wird das Abgas aus dem sich nun verkleinernden Arbeitsraum 19 ausgeschoben und gelangt über Kanäle 38, die im Mantel 11 im Bereich der achsfernen Zonen des Mantels 11 angeordnet sind, in den Abgassammeiraum 26. Dabei vermindert das heiße Abgas die Wärmeabgabe des Arbeitsgases während der Expansion und gibt einen Großteil seiner Wärme über die Wandungen der Sammelräume 25 und 27 sowie über den Wärmetauscher 26 an die komprimierte Verbrennungsluft ab.

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KLÖCKNER-HUMBOLDT-DEUTZ AG - KOLK _ 9 _ 29.1.1974

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Nach Durchströmen des Sammelraumes 26 tritt das abgekühlte Abgas durch den Abgasstutzen 39 aus.

Die radialen Dichtleisten 16 werden intensiv durch ein Kühlmittel gekühlt, das durch Kühlräume 40 im Bereich der achsnahen Zonen der Mantel 10 und 11 strömt.

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Claims

Patentansprüche

1. innen- und parallelachsige Viertakt-Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit am Mantel angeordneten Dichtleisten und zwei auf einem gemeinsamen Exzenter gelagerten Kolben, von denen einer mit zugehörigen Gehäuseteilen einen Kompressionsteil und der andere einen Expansionsteil bilden, wobei beide über Leitungen miteinander verbunden sind, die durch einen abgasbeaufschlagten Wärmetauscher führen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (26) in einem Gehäusemittelteil (7) zwischen den beiden Kolben (1, 2), die durch eine Hülse (29) im Bereich des Exzenters (3) dichtend miteinander verbunden sind, angeordnet ist, durch das das Abgas strömt.

2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaswechsel im Expansionsteil über im Kolben (2) befindliche Kanäle erfolgt, wo-

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KLÖCKNERHUMBOLDT-DEUTZ AG - KÖLN - 11 - 29.1.1974

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"bei der Einlaß durch die relative Lage von Einlaßsteueröffnungen (31) in der dem Gehäuseraittelteil (7) zugewandten Stirnseite des Kolbens (2) zu axialen Dichtstreifen (32) gesteuert wird, die in den angrenzenden Seitenwandungen des Gehäusemittelteils (7) Mündungsöffnungen (33) entsprechender Verbindungskanäle (34) zum Wärmetauscher. (26) umgeben.

3. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Auslaßkanäle (37) Steueröffnungen (36) am Umfang des Kolbens (2) aufweisen, durch deren relative Lage zu radialen Dichtleisten (16) der Auslaß gesteuert wird, und die stirnseitigen öffnungen der Auslaßkanäle (37) sich in der äußeren Stirnfläche des Kolbens (2) befinden, wobei das Abgas durch Kanäle (38), die durch das Gehäuseseitenteil (8) und durch den Bereich der achsfernen Zonen des Mantels (11) führen, in den Gehäusemittelteil (7) geleitet wird, während in der Nähe der radialen Dichtleisten (16) im Bereich der achsnahen Zonen (18) Kühlräume (40) vorgesehen sind.

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KLÖCKNER-HUMBOLDT-DEUTZ AG · KÖLN - 12 - 29. 1 . 1974

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4. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (10) und das Gehäuseseitenteil (8) des Kompressionsteiles intensiv gekühlt werden.

5. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach-einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Arbeitsräume (19) des Expansionsteils verlassenden Abgase unmittelbar durch das Gehäuse des Expansionsteiles zum Sammelraum (26) des Gehausemittelteils (7) geführt werden und dabei eine möglichst große Oberfläche der die Arbeitsräume begrenzenden Gehäusewandung bestreichen, und daß nur der unmittelbare Bereich der radialen Dichtleisten (16) gekühlt wird.

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