DE2411698A1

DE2411698A1 - Viertakt-kreiskolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2411698A1
Application number: DE2411698A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Ing Froede
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Wankel GmbH; Audi AG
Current assignee: Wankel GmbH; Audi AG
Priority date: 1974-03-12
Filing date: 1974-03-12
Publication date: 1975-09-25

Description

AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulm/tfürtt. und Wankel GmbH, Lindau/Bodensee

Viertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart, deren Gehäuse einen Mantel mit mehrbogiger Innenfläche und parallele Seitenteile aufweist und von einer Exzenterwelle durchsetzt ist, auf deren Exzenter ein mehreckiger Kolben drehbar gelagert ist, wobei im Mantel und in mindestens einem Seitenteil von getrennten Vergasern oder Vergaserstufen versorgte Einlaßkanäle vorgesehen sind, die in Steueröffnungen in der inneren Mantelfläche bzw. in der Seitenwand münden und vom Kolben übersteuert werden.

Bekanntlich werden Viertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschinen in Trochoidenbauart mit Umfarigseinlaß oder mit Seiteneinlaß gebaut. 'Der Umfangseinlaß hat den Vorteil einer größeren Füllung und damit einer größeren Höchstleistung, jedoch den Nachteil, daß eine verhältnismäßig große Überschneidung mit dem Auslaßkanal eintritt, die zu Schwierigkeiten im Leerlauf- und unteren Teillastbetrieb sowie während des Schiebebetriebes führen kann. Der Seiteneinlaß dagegen, der im wesentlichen überschneidungsfrei ausgeführt werden kann, gewährleistet einen störungsfreien Betrieb im Leerlauf und im unteren Teillastgebiet, während die mit einem Umfangseinlaß erzielte Leistung auf Grund der Umlenkung des eintretenden Gasstromes mit einem Seiteneinlaß nicht erreicht werden kann.

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Es liegt nahe, die beiden Einlaßkanalsysteme zu kombinieren in der Weise, daß möglichst ihre Vorteile erhalten bleiben, ihre Kachteile jedoch vermieden werden. Demzufolge wird bei bekannten Kreiskolben-Brennkraftmaschinen der im Mantel angeordnete Umfangs-Einlaßkanal mit seiner Steueröffnung.und dem zugehörigen Vergaser für Vollast ausgelegt, während der Einlaßkanal in einem oder beiden Seitenteilen mit seinem Steuerfenster und dem zugehörigen Vergaser nur für den Leerlauf- und den unteren Teillastbetrieb bestimmt ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß einerseits ein überschneidungsfreier Betrieb während des Leerlaufs und des unteren Teillastbetriebes und andererseits auf Grund des Umfangseinlasses eine hohe Vollast-Leistung erreicht wird. Auf den Kraftstoffverbrauch sowie auf die Abgasemissionen hat diese Kanalanordnung keinen nennenswerten Einfluß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kraftstoffverbrauch insbesondere im unteren Teillastgebiet bei Viertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art zu reduzieren und eine Verbesserung der Abgasemissionen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der im Mantel angeordnete Umfangs-Einlaßkanal mit seiner Steueröffnung und der zugehörige Vergaser für den unteren Lastbereich bis etwa 25 % Vollast ausgelegt sind, wobei dieser Vergaser auf eine Luftzahl größer als 1 einreguliert ist, daß der in mindestens einem Seitenteil angeordnete Einlaßkanal mit seiner Steueröffnung und der zugehörige zweite Vergaser für den anschließenden Lastbereich bis Vollast ausgelegt ist, wobei dieser Vergaser auf eine Luftzahl kleiner als 1 entsprechend bester Leistung einreguliert ist, und daß in an sich bekannter V/eise in dem im Mantel angeordneten Einlaßkanal ein Rückschlagventil in unmittelbarer Nähe der Einlaßsteueröffnung vorgesehen ist.

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Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag gelingt es im Leerlauf- und unteren Teillastgebiet mit einem erheblich abgemagerten Kraftstoff-Luft-Gemisch einwandrei zu fahren, wodurch der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen in diesem Betriebsbereich beträchtlich gesenkt werden; Diese

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Abmagerungsmöglichkeit ist dadurch gegeben, daß/in unmittelbarer Nähe der Einlaßsteueröffnung vorgesehene Rückschlagventil eine Drosselstelle bildet., die bei Teillast zu hohen Gasgeschwindigkeiten und damit zu einer verbesserten Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches führt. Derartige Rückschlagventile wurden bisher ausschließlich zu dem Zweck vorgesehen, das Eintreten von Abgasen in den Einlaßkanal bei bestimmten Betriebszuständen zu verhindern. Die Drosselwirkung wurde als ausgesprochen unerwünscht angesehen, da diese zwangsläufig zu einer Verringerung der Höchstleistung führte. Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag spielt die Drosselwirkung bei Vollast keine Rolle, da dann der ungedrosselte Seiteneinlaßkanal wirksam ist.

Selbstverständlich können die durch die Vergaser erzeugten mageren, bzw. reichen Gemische auch durch Einspritzanlagen erzeugt werden.

Das Rückschlagventil kann als an sich bekanntes Zungenventil ausgebildet sein, das in Kolbendrehrichtung schräg im Einlaßkanal angeordnet ist. Durch diese Ausbildung und Anordnung wird erreicht, daß das eintretende Kraftstoff-Luft-Gemisch durch das Ventil in die Richtung der Kolbenbewegung umgelenkt wird, wodurch eine Benetzung der Wände der ansaugenden Arbeitskammer mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch, die erfahrungsgemäß zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch führt, weitgehend vermieden wird. Diese Wirkung kann zusätzlich verstärkt werden, wenn entsprechend einem weiteren Vorschlag der Erfindung der im Mantel angeordnete Einlaßkanal in Kolbendrehrichtung schräg in sein Einlaßsteuerfenster einmündet.

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Um eine möglichst gute Verwirbelung des durch den Umfangseinlaßkanal eintretenden Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erreichen, kann das Rückschlagventil so ausgebildet sein, daß es erst bei einem überkritischen Druckgefälle zwischen dem Einlaßkanal und der ansaugenden Arbeitskammer öffnet. Im Moment des öffnens entsteht dann eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit, in der die Kraftstofftröpfchen zerrissen und mit der Luft fein vermischt werden, wodurch sich eine beträchtliche Abmagerungsrnöglichkeit gibt.

Das Zungenventil kann auch die Aufgabe der üblicherweise im oder am Vergaser angebrachten Drosselklappe übernehmen, wenn ein verstellbarer Anschlag zur Begrenzung des Offnungsweges des Zungenventils vorgesehen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Viertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit dem erfindungsgemäßen Einlaßsystem, und

Fig. 2 eine Einzelheit von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

In Fig. 1 ist schematisch eine Viertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart dargestellt, deren Gehäuse einen Mantel 1 mit zweibogiger Innenfläche 2 und zwei parallele Seitenteile 5 aufweist, von denen die vordere in der Zeichnung weggelassen ist. Das Gehäuse ist von einer Exzenterwelle 4 durchsetzt, auf deren Exzenter 5 ein dreieckiger Kolben β drehbar gelagert ist. Zwischen der inneren Kantelfläche 2 und der Außenkontur des Kolbens 6 werden drei Arbeitskammern 7i 8 und 9 gebildet, die bei Bewegung des Kolbens 6 in Pfeilrichtung D ihr Volumen verändern. Das Drehzahlverhältnis zwischen dem Kolben 6 und der Exzenterwelle 4 beträgt 1:5. Zur Durchführung eines Viertakt-Verfahrens in jeder

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Arbeitskammer sind im Gehäuse zwei Einlaßkanäle 10 und 11, mindestens eine Zündkerze 12 und ein Auslaßkanal I3 vorgesehen. Die Einlaßöffnungen lOa und 11a der Einlaßkanäle 10 und 11 sowie die Auslaßöffnung 13a des Auslaßkanals I3 werden von dem Kolben 6 übersteuert.

Wie ersichtlich, ist der Einlaßkanal Io im Mantel 1 und seine Steueröffnung lOa in der inneren Mantelfläche 2 angeordnet. Der Einlaßkanal 11 verläuft dagegen durch das Gehäuseseitenteil 5 und mündet in die in der Seitenwand dieses Seitenteils 3 angeordnete Einlaßsteueröffnung 11a.

Der Umfangs-Einlaßkarial 10 steht über ein Saugrohr 14 mit einem Vergaser I5 in Verbindung, der beispielsweise die Primärstufe eines Registervergasers darstellen kann und die Brennkraftmaschine im Teillastgebiet bis etwa 25 % Vollast allein mit Kraftstoff-Luft-Gemisch versorgt. Um in diesem Arbeitsbereich einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch zu haben, ist dieser Vergaser I5 auf eine Luftzahl größer als 1 einreguliert. Damit bei diesem Luftüberschuß ein ausreichend zündwilliges Gemisch mit Sicherheit zur Verfügung steht, muß dafür gesorgt werden, daß das in die ansaugende Arbeitskammer eintretende Kraftstoff-Luft-Gemisch sehr gut aufbereitet ist, also möglichst in Form einer weitgehend homogenen' Mischung von Luft mit feinsten Kraftstofftröpfchen vorliegt. Zu diesem Zweck ist in dem Einlaßkanal 10 in unmittelbarer Nähe der Einlaßsteueröffnung 10a ein Rückschlagventil in Form eines Zungenventils angeordnet. Dieses Ventil 16 bildet eine-Drosselstelle, die hohe Strömungsgeschwindigkeiten bewirkt, wodurch die Kraftstofftröpfchen zerrissen werden und sich in der Luft fein verteilen. Vorzugsweise ist die Vorspannung des Zungenventils 16 so gewählt, daß es erst bei einem überkritischen Druckgefälle zwischen dem Einlaßkanal 10 und der ansaugenden Arbeitskammer 7 Öffnet.

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Wesentlich für die Möglichkeit einer Abmagerung ist auch, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch davon abgehalten wird, direkt auf die Wände der ansaugenden Arbeitskammer ¹J aufzutreffen, da dort eine Wandbenetzung durch den Kraftstoff eintreten kann. Demzufolge ist das Zungenventil 16 in Kolbendrehrichtung D schräg im Einlaßkanal 10 angeordnet, und außerdem ist dar Einlaßkanal 10 ebenfalls in Kolbendrehrichtung D schräggestellt, so daß, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, das eintretende Kraftstoff-Luft-Gemisch in die sich vergrößernde Arbeitskammer 7 in Richtung der Kolbenbewegung eintreten kann und dabei zunächst jedenfalls nicht in Berührung mit den diese Arbeitskammer begrenzenden Wänden kommt.

Der Seiteneinlaßkanal 11 mit seiner Steueröffnung lla ist für Vollast ausgelegt und steht über ein eigenes Saugrohr 17 mit Drosselklappe 17a mit einem Vergaser 18 in Verbindung, der auf eine Luftzahl kleiner als 1 entsprechend bester Leistung einreguliert ist. Der Vergaser 18 kann beispielsweise die Sekundärstufe eines Registervergasers bilden. Der Vergaser wird erst dann durch öffnen der Drosselklappe 17a eingeschaltet, wenn ein über 25$ der Vollast liegender Leistungsbedarf vorliegt. In Fig. 1 ist die Maschine im unteren Teillastbereich dargestellt, wobei die Drosselklappe 14a für den Umfangseinlaß 10 geöffnet, die Drosselklappe 17a für den Vollast-Seiteneinlaß 11 jedoch noch geschlossen ist.

Das Zungenventil 16 hat neben der vorstehend erwähnten Aufgabe, eine Verwirbelung und Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erreichen, den Zweck, ein Eintreten von Abgasen in den Umfangs-Einlaßkanai 10 während seiner Überschneidung mit dem Auslaßkanal 13 zu verhindern. Darüberhinaus kann das Zungenventil 16 auch als Drosselklappe wirken und die Drosselklappe l4a-im Saugrohr 14 ersetzen, wenn die Öffnung des Zurigenventils'16 willkürlich beeinflußt werden kann-r Eine Möglichkeit hierzu ist in Fig. 2 gezeigt, aus

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der ein Anschlag 20 für das Zungenventil 16 hervorgeht, der an einer Welle 21 befestigt ist, die wie die Welle der Drosselklappe 14a verdreht werden kann.

Dureh die erfindungsgemäße Ausbildung des EinlaSsystems ergibt sich eine beträchtliche Abrnagerungsinöglichkeit für das Kraftstoff-Luft-Gemisch im unteren Teillastbereich, was-zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und der Schadstoffemissionen in diesem besonders kritischen Betriebsbereich führt. Die Höchstleistung der Maschine wird dabei nicht verringert.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

. 1.JViertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoiden- V—' bauart, deren Gehäuse einen Mantel mit mehrbogiger Innenfläche und zwei parallele Seitenteile aufweist und von einer Exzenterwelle durchsetzt ist, auf deren Exzenter ein mehreckiger Kolben drehbar gelagert ist, wobei im Mantel und in mindestens einem Seitenteil von getrennten Vergasern oder Vergaserstufen versorgte Einlaßkanäle angeordnet sind, die in Steueröffnungen in der Mantelinnenfläche bzw. in der Seitenwand münden und vom Kolben übersteuert werden, dadurch gekennzeichnet., daß der im Mantel (1) angeordnete Umfangs-Einlaßkanal (10) mit seiner Steueröffnung (10a) und der zugehörige Vergaser (15) für den unteren Lastbereich bis . etwa 25 % Vollast ausgelegt sind, wobei dieser Vergaser (15) auf eine Luftzahl größer als 1 einreguliert ist, daß der in mindestens einem Seitenteil (j5) angeordnete Einlaßkanal (11) mit seiner Steueröffnung (Ha) und der zugehörige Vergaser (18) für Vollast ausgelegt ist, wobei dieser Vergaser (18) auf eine Luftzahl kleiner als entsprechend bester Leistung einreguliert ist, und daß in an sich bekannter Weise in dem im Mantel (1) angeordneten Einlaßkanal (10) ein Rückschlagventil (16) in unmittelbarer Nähe der Einlaßsteueröffnung (lOa) vorgesehen ist.

2. Viertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (16) als an sich bekanntes Zungenventil ausgebildet ist, das in Koltoendrehrichtung (D) schräg im Einlaßkanal (10) angeordnet ist.

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J). Viertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (16) so ausgebildet ist, daß es erst bei einem überkritischen Druckgefälle zwischen dem Einlaßkanal (lö) und der ansaugenden Arbeitskammer (7) öffnet.

4. Viertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß der im Mantel (1) angeordnete Einlaßkanal (Iq) in Kolbendrehrichtung (D) schräg in sein Einlaßsteuerfenster (lpa) einmündet. ·

5. Viertakt-Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen verstellbaren Anschlag (2q) zur Begrenzung des Öff-nungsweges des Zungenventils (16).

8.3.1974
Sp/bä

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