DE2511451C3

DE2511451C3 - Flüssigkeitsgekuhlte Rotationskolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2511451C3
Application number: DE2511451A
Authority: DE
Inventors: Armin 7107 Neckarsulm Bauder; Rolf 7107 Neckarsulm Lechler; Johannes Dipl.-Ing. 7104 Obersulm-Willsbach Steinwart; Gottlieb Dr.-Ing. 7106 Neuenstadt Wilmers
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1975-03-15
Filing date: 1975-03-15
Publication date: 1979-04-26
Also published as: JPS598647B2; SU704472A3; FR2304776B1; FR2304776A1; IT1055291B; JPS51116317A; GB1507762A; DE2511451B2; DE2511451A1; US4037999A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Rotationskolben-Brennkraftmaschine dieser Art (US-PS 32 98 330) sind die Hohlräume im kalten Bereich des Gehäusemantels mit den Kolbenhohlräumen in Reihe geschaltet, um eine Erwärmung des kalten Bereiches des Gehäuses durch die in den Kolbenhohlräumen erwärmte Kühlflüssigkeil zu erreichen und dadurch einerseits die Temperaturunterschiede im Gehäusernantel und damii die thermischen Verzüge des Mantels zu verringern und andererseits eine Kühlung der Kühlflüssigkeit ohne einen eigenen Kühler zu bewirken.

Demgegenüber befaßt sich die Erfindung mit dem Problem, den Kolben nach dem Start möglichst schnell auf seine Betriebstemperatur zu bringen, um den Kraftstoffverbrauch zu senken, den besonders in der Warmlaufphase kritischen Anteil an schädlichen Bestandteilen im Abgas zu verringern und eine vollständigere Verbrennung zu erreichen. Zu diesem Zweck ist es bekannt (DE-OS 21 23 011 und |P-GM 47 14 481), die Kühlolzuführung zu den Kolbenhohlräumen zu drosseln oder sogar ganz abzuschalten, solange der Kolben seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Das hierfür erforderliche Regelorgan stellt einen Risikofaktor dar, da bei einer Störung unter Umständen die Kühlung des Kolbens bei betriebswarmer Maschine unterbrochen wird, was zu einer Zerstörung der Maschine führen kann. Überdies läßt sich eine derartige Steuerung der Kolbenkühlung bei Rotationskolben-Brennkraftmaschinen, die in üblicher Weise einen gemeinsamen Kühl- und Schmierkreislauf für die Kolbenkühlung und für die Schmierung der Wellen- und KoJbenlager aufweisen, nur mit Schwierigkeiten verwirklichen, da das Regelorgan im Kolben angeordnet sein muß, um die Schmierung der Lager nicht zu beeinträchtigen. Die Anordnung getrennter Kühl- und Schmierkreisläufe, mit der diese

r> Schwierigkeiten umgangen werden kann, ist aus Kostengründen nicht vertretbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schnelle Aufheizung des Kolbens mit geringem Aufwand zu erreichen and eine ausreichende Kühlung

ΙΌ des Kolbens bei betriebswarmer Maschine sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Hintereinanderschaltung der Kolbenhohlräume mit

2) dem im heißen Bereich angeordneten Mantelhohlraum wird erreicht, daß sich die Kühlflüssigkeit nach dem Start sehr schnell erwärmt, so daß der Kolben in kurzer Zeit seine Beiriebstemperatur erreichen kann. Dieser schnelle Aufheizvorgang wird dadurch begünstigt, daß

in die Kühlfiüssigkeitsmenge während der Warmlaufphase klein gehalten wird. Erst wenn eine bestimmte Kühlmitteltemperatur erreicht ist, wird die Kühlmittelmenge vergrößert, indem dem Kreislauf der ölsumpf zugeschaltet wird. Da die Kolbenhohlräume in jedem Falle von einer bestimmten Kühlflüssigkeitsmenge durchströmt werden, kann selbst bei einem Versagen eines die Zuschaltung des ölsumpfes bewirkenden Regelorgans keine Unterbrechung der Kolbenkühlung eintreten. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen

■tu Anordnung besteht darin, daß beim Leerlauf und im Teillastbercich ein Absenken der Kolbentemperatur verhindert werden kann, da der heiße Bereich des Mantels als Wärmespeicher wirkt.

Um eine schädliche Überhitzung des heißen Bereichs

r> des Mantels zu vermeiden, kann eine mit der Druckseite der Pumpe verbundene, durch ein Überdruckventil beherrschte und überschüssige Kühlflüssigkeit führende Rückflußleitung in den im heißen Bereich angeordneten Mantelhohlraum münden. Hierdurch wird bei hohen

V) Drehzahlen, bei denen ein entsprechend erhöhter Kühlbedarf insbesondere des heißen Bereichs des Mantels eintritt, eine intensivere Kühlung dieses Bereichs erreicht, ohne daß die Kolbenkühlung hiervon beeinflußt wird, da diese Kühlfiüssigkeitsmenge nicht an

ι der Durchströmung der Koibcnhohiräume teilnimmt.

Bei einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse in TroL-hoidenbauart, dessen lange Achse senkrecht steht und dessen heißer Bereich unten liegt, ist es zweckmäßig, daß der im heißen Bereich

wi angeordnete Mantelhohlraum mit einem Abfluß in Verbindung steht, der von der höchsten Stelle dieses Hohlraumes ausgeht. Dadurch wird gewährleistet, daß der Mantelhohlraum vollständig von Kühlflüssigkeit gefüllt ist, womit einerseits eine zuverlässige Kühlung

öl der Mantellaufbahn in diesem Bereich und andererseil', eine schnelle Aufheizung der Kühlflüssigkeit und damit des Kolbens in der Warmlaufphase gewährleistet ist.
Ein Ausführungsbeispiel tier Erfindung wird im

folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an einer Zweifach-Rotationskolben-Brennkraftmaschine der Trochoidenbauart beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Mantel des Gehäuses mit Kolben und

F i g. 2 einen Längsschnitt des Gehäuses entlang Linie H-Il in Fig. 1, wobei nur die untere Hiiifte zum Teil schematisch dargestellt isL

Das in den Zeichnungen, insbesondere in Fig.2 dargestellte Gehäuse einer Rotationskolben Brennkraftmaschine üi Trochoidenbauart setzt sich aus zwei flüssigkeitsgekühlten Mänteln 1 mit einer inneren Mantellaufbahn 2, zwei parallelen Seitenteilen 3 und 4 und einem Zwischenteil 5 zusammen und weist zwei Innenräume 6 auf, die von einer in den Seitenteilen 3 und 4 in Lagern 7 und 8 gelagerten und durch das Zwischenteil 5 hindurchgeführten Exzenterwelle 9 mit zwei Exzentern 10 durchsetzt sind. Auf jedem Exzenter 10 ist mittels eines Kolbenlagers 11 ein mehreckiger, flüssigkeitsgekühlter Kolben 12 drehbar gelagert, der von Kühlflüssigkeit durchströmte innere Hohlräume 13 aufweist. Jeder Kolben 12 ist an seinen Kclbenecken mit Dichtelementen 14 (Fig. 1) versehen, die beim Umlauf des Kolbens 12 in Drehrichtung D ständig an der inneren Mantellaufbahn 2 entlangglciten, wodurch drei volumenveränderliche Arbeitskammern A, B und C gebildet werden, in denen jeweils ein vollständiges Viertaktverfahren mit entsprechender Phasenverschiebung durchgeführt wird. Zu diesem Zweck sind ein EinlaOkanal 15 für die Zuführung von Frischgas, zwei Bohrungen 16 für Zündkerzen und ein Auslaßkanal 17 für den Ausschub von verbrannten Gasen vorgesehen. In der in Fig. I gezeigten Stellung des Kolbens 12 befindet sich die Arbeitskammer A im Ansaugtakt, die Arbeitskammer öim Verdichtungstakt und die Arbeitskammer Cim Ausschubtakt.

Das Gehäuse ist so angeordnet, daß die Längsachse 18 der trochoidenförmigen Mantellaufbahn 2 senkrecht steht und der heiße Bereich des Mantels 1, in de:.i der Expansions- und der Ausschubtakt erfolgen — wie in Fig. I dargestellt —, unten liegt. LJm ein Übertreten von Kühlflüssigkeit aus den Kolbenhohlräumen 13 in die Arbeitskammern A, B, C zu verändern, ist in jeder Stirnwand jedes Kolbens 12 ein zwischen dem Kolben 12 und den benachbarten Seitenwänden des Seitenteils 3 bzw. 4 und des Zwischenteils 5 wirkende!· axial beweglicher Abstreifring 19 vorgesehen.

Die Mäntel 1, die Seitenteile 3 und 4 und das Zwischenteil 5 enthalten Hohlräume für zwei getrennte Kühlkreisläufe. Der erste Kühlkreislauf umfaßt den Bereich, der sich, wie in F i g. I gezeigt, in Drehrichtung D gesehen vom Auslaßkanal 17 über die Arbeitskammern A und B und den Zündbereich bis zur Arbeitskammer Cerstreckt. Er enthält Hohlräume la in den Mänteln 1, Hohlräume 3a und 4a in den Seitenteilen 3 und 4 und einen Hohlraum 5a im Zwischenteil 5. Der zweite Kühlkreislauf umfaßt den heißen Bereich des Gehäuses, in dem der Expansions- und der Ausschubtakt vor sich gehen, und enthält in erster Linie in den Mänteln 1 angeordnete Hohlräume Xb, die mit den Kolbcnhohlräumen 13 durch Kanäle 3b und 4b in den Seitenteilen 3 und 4 in Reihe geschaltet sind.

Die Versorgung des zweiten Kühlkreislaufs mit Kühlflüssigkeit erfolgt mittels einer Pumpe 20, welche die Kühl- und Schmierflüssigkeit über eine Druckleitung

22 und nicht gezeigte Kanäle zu den Lagerstellen 7, 8 und 11 fördert. Im Betrieb gelangt die aus den Lagern 7, 8 und 11 austretende Kühl- und Schmierflüssigkeit in die Hohlräume 13 der Kolben 12 und nach Durchströmen dieser Hohlräume drucklos über die Kanäle 3b und 4b der Sei«enteile 3 und 4 und öffnungen 26 in die Hohlräume Xb der Mäntel 1. Aus den Hohlräumen Xb kann die Kühlflüssigkeit durch den Kanal 27 in eine Ölwanne 21 abfließen. Um zu gewährleisten, daß die

ίο Hohlräume Xb vollständig mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind, geht der Kanal 27, wie aus F i g. 1 ersichtlich, von der höchsten Stelle dieser Hohlräume aus. Dadurch wird einerseits eine gute Kühlung der Innenwand 2a jedes Mantels 1 in diesem thermisch besonders hoch beanspruchten Bereich und andererseits eine schnelle Aufhei7ang der Kühlflüssigkeit während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine erreicht

Um diese Warmlaufphase zu verkürzen, ist in der ölwanne 21 ein kleiner Auffangbehälter 33 angeordnet, in den die Abflüsse aus dem Kanal 27 münden und aus dem die Pumpe 20 über eine öffnung 34, einen Ansaugstutzen 35, einen Saugkorb 28 und eine Saugleitung 36 ansaugt, solange eine bestimmte Temperatur der Kühlflüssigkeit noch nicht erreicht ist.

2~) Bei kalter Maschine und in der Warmlaufphase steht also jeder Mantelhohlraum Xb über den Abfluß 27, den Auffangbehälter 33, die öffnung 34, den Saugstutzen 35, den Saugkorb 28 und die Saugleitung 36 direkt mit der Saugseite der Pumpe 20 in Verbindung. Auf diese Weise

in kann die aus den Kolbenhohlräumen 13 austretende Kühl- und Schmierflüssigkeit über die Kanäle 3b und 4b und die Hohlräume Ib auf dem kürzesten Weg wieder der Pumpe 20 zugeführt werden, so daß sich eine sehr schnelle Aufheizung auf Grund der geringen Kühlflüs-

i'i sigkeitsmenge ergibt. Übersteigt nun die Temperatur der Kühlflüssigkeit einen bestimmten Wert, so wird durch einen an der Saugleitung 36 der Pumpe 20 angeordneten Temperaturfühler 37 über ein Gestänge 40 ein Klappenventil 38 betätigt, das auf einer Achse 39

w schwenkbar gelagert ist und einerseits die Verbindungsöffnung 34 des Auffangbehälters 33 mit dem Saugstutzen 35 verkleinert und andererseits eine Verbindung zwischen dem Saugstutzen 35 und dem ölsumpf 21a der ölwanne 21 herstellt. Bei Betriebstemperatur besteht

■ι > dann über die öffnung 34 eine vollständige Verbindung dci Auffangbehälters 33 mit dem ölsumpf 21a. Durch diese Einrichtung wird bei Erreichen der gewünschten Temperatur der Kühlflüssigkeit die Kühlflüssigkeitsmenge im zweiten Kühlkreislauf durch Zuschalten des

•'.n ölsumpfes 21a vergrößert und eine Überhitzung der Maschine vermieden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, zweigt von der Druckleitung 22 der Pumpe 20 eine Rückflußleitung 23 ab. die ein federbelastetes Überdruckventil 24 enthält.

ν· welches bei hohen Drehzahlen auf Grund des dann entstehendien hohen Kühlflüssigkeitsdruckes öffnet und überschüssige Kühlflüssigkeit über die Rückflußleitiing

23 und öffnungen 25 zusätzlich in die Mantelhohiräume Xbdes zweiten Kühlkreislaufs fördert. Dadurch wird der

«ι heißeste Bereich der Mantel 1 bei hohen Drehzahlen zusätzlich gekühlt. Diese zusätzliche Kühifiüssigkeitsmenge nimmt an dem Kreislauf durch die Kolbenhohlräume 13 nicht teil, so daß eine zu starke Kühlung der Kolben vermieden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsgekühlte Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, das aus mindestens einem ringförmigen Mantel mit einer inneren Mantellaufbahn und zwei parallelen Seitenteilen besteht, die Hohlräume für zwei voneinander getrennte Kühlflüssigkeitskreisläufe enthalten, von denen ein Kühlflüssigkeitskreislauf den heißen Bereich des Gehäuses kühlt, in welchem die Arbeitstakte Expandieren und Ausschieben erfolgen, und mit einem drehbaren Kolben, der von Kühlflüssigkeit durchströmte Hohlräume aufweist, welche mit Hohlräumen eines der beiden Gehäuse-Kühlflüssigkeitskreisläufe in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der im heißen Bereich angeordnete Mantelhohlraum (tb) einerseits mit den Kolbenhohlräumen (13) in Reihe geschaltet ist und andererseits mit der Saugseite einer Pumpe (20) in Verbindung steht, welche die Kühlflüssigkeit zu den Kolbenhohlräumen (13) über eine Leitung (Kanal 27, Auffangbehälter 33, Saugstutzen 35) fördert, die bei einer über einem bestimmten Wert liegenden Kühlmitteltemperatur mit einem ölsumpf(21a)verbindbar ist.

2. Flüssigkeitsgekühlte Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Druckseite der Pumpe (20) verbundene, durch ein Überdruckventil (24) beherrschte und überschüssige Kühlflüssigkeit führende Rückflußleitung (23) in den im heißen Bereich angeordneten Mantelhohlraum(Itymündet.

3. Flüssigkeitsgekühlte Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit einem Gehäuse in Trochoidenbauart, dessen lange Achse senkrecht steht und dessen heißer Bereich unten liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der im heißen Bereich angeordnete Mantelhohlraum (tb) mit einem Kanal (27) in Verbindung steht, der von der höchsten Stelle dieses Hohlraumes (!/^ausgeht.