DE2517167A1

DE2517167A1 - Mehrscheiben-kreiskolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2517167A1
Application number: DE19752517167
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Kono
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1975-01-22
Filing date: 1975-04-18
Publication date: 1976-08-26
Also published as: DE2517167B2; JPS5185029A

Description

Tn ty Patentanwälte: IEDTKE - tSüHLING - iWNE Dipl.-Ing. Tiedtke

Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-Ing. Kinne

8 München 2, Postfach 202403 Bavariaring 4

2517167 Tel.:(0 89)53 9653-56

Telex: 5 24845 tipat cable: Germaniapatent München

B 6587 / case AT-F-69 18. April 1975

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Ά

Japan

Mehrscheiben-Kreiskolben-Erennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine der Wankel-Bauart, die einen Mantel mit trochoidaler Mantellaufbahn besitzt sowie Seitenteile, die entgegengesetzte Enden des Mantels verschließen und mit diesen eine Kolbenkammer umschließen, in der ein mehreckiper Kolben sitzt, der exzentrisch umläuft undnit seinen Ecken über die trochoidale Mantellaufbahn gleitet; die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Mehrscheiben-Kreiskolben-Brennkraftmas chine, die wenigstens zwei Sätze von Maschineneinheiten der vorbeschriebenen Bauart besitzt.

Bei der Kreiskolben-Brennkraftmaschine vorgenannter Bauart ist zwar der Gehalt an HC und CO in den Abgasen relativ hoch, der Gehalt an NOx jedoch relativ niedrig im Vergleich zu

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T/R

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

herkömmlichen Axialkolbenmaschinen, und zwar mit Rücksicht auf den spezifischen VerbrennungVorgang. Dieses Merkmal der Kreiskolben-Brennkraftmaschine wird genutzt, um eine geringe' Luftverunreinigung zu erreichen, indem HC und CO durch Nachverbrennung in einem thermischen Reaktor eleminiert werden, während der Gehalt an NOx niedrig genug ist, um die bestehenden Bestimmungen ohne jegliche Gegenmaßnahme zu befriedigen. Es wird jedoch in Zukunft erwartet, daß die Abgasbestimmungen für Kraftfahrzeuge strenger vrerden. Aus diesem Grunde wird die Kreiskolben-Brennkraftmaschine sehr bald die bezüglich NOx zu setzenden Grenzwerte überschreiten.

Es ist bekannt, daß zwischen dem Luft-Brennstoffverhältnis und dem Ausstoß von HC, CO und MOx in den Abgasen einer Benzin verbrennenden Brennkraftmaschine eine generelle Beziehung gemäß Fig. 1 besteht, in der die Skalen für CO, HC und NOx in besonderer Weise auf den Fall der Kreiskolben-Brennkraftmaschine angepaßt sind.

Wie man aus Fig. 1 ersieht, erreicht der NOx-Gehalt im Abgas ein Maximum, wenn das Luft-Brennstoffverhältnis 15-16 ist, wobei dieser Gehalt relativ steil mit gegenüber dem vorgenannten Wert wachsendem oder abnehmendem Luft-Brennstoffverhältnis abnimmt. Die derzeitigen zur Vermeidung der Luftverunreinigung konzipierten Kreiskolben-Brennkraftmaschinen verwenden ein Luft-Brennstoffverhältnis von etwa 13, wodurch der Ausstoß an NOx auf einem Wert innerhalb einer zulässigen Grenze verringert wird, während der in diesem Betriebszustand

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abgegebene Anteil an HC und CO durch Nachverbrennung in einem thermischen Reaktor beseitigt wird. Soll jedoch z.B. der Grenzwert von 0,25 g/Km für NOx eingehalten werden, der in naher Zukunft gesetzt werden wird, muß der MOx-Gehalt kleiner als 130 ppm sein. Um dies zu erreichen, müßte das Luft-Brennstoff verhältnis entweder beträchtlich niedriger, und zwar in der Größenordnung von 11 bis 12 liegen, oder im Gegensatz hierzu relativ hoch in der Größenordnung von'18 bis S. Wird das Luft-Brennstoffverhältnis auf 11 bis 12 abgesenkt, nimmt der Anteil an HC und CO beträchtlich über den Grenzwert zu, der durch die üblichen.thermischen Reaktoren oder Katalysatoren verarbeitet werden kann. Wenn andererseits das Luft-Brennstoffverhältnis auf 18 bis 19 erhöht wird, wird die Zündbarkeit des Brennstoff-Luftgemisches schlechter, so daß sich Fehlzündungen ergeben und weicher Umlauf der Maschine nicht mehr gewährleistet ist. In diesem Zustand ist jedoch der CO-Gehalt nahezu Null und liegt die Meng;e an HC in Bezug auf dessen Absolutwert in akzeptablen Grenzen, obwohl er relativ mit Bezug auf seinen minimalen Wert zunimmt, so daß es möglich ist, die unverbrannten Bestandteile durch die bekannten Reaktoren oder Katalysatoren zu verarbeiten.

Die Erfindung basiert auf Überlegungen bezüglich der vorgenannten Beziehung zwischen dem Luft-Brennstoffverhältnis und der Emission von HC, CO und NOx und hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Maschine zu konzipieren, die keine Luftverunreinigung verursacht und.die ungestörten weichen Umlauf gewährleistet, wobei der Ausstoß an NOx auf einen Grenzwert

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unterdrückt wird, der den Bestimmungen entspricht, wobei auch der Ausstoß an HC und CO in solchen Grenzen gehalten wird, die die Verarbeitung durch einen thermischen Reaktor oder Katalysator gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Mehrscheiben-Kreiskolben-Brennkraftmaschine gelöst mit mindestens zwei Scheiben vorbeschriebenen Aufbaus einer Kreiskolben-Brennkraftir.aschine und die gekennzeichnet ist durch wenigstens zwei Vergaserelemente für die Erzeugung wenigstens zweier Arten von Brennstoff-Luftgemischen mit beträchtlich unterschiedlichem Luft-BrennstoffVerhältnis, wobei wenigstens eine Scheibe mit einem relativ fetten Brennstoff-Luftgemisch aus einem der Vergaserelemente und wenigstens eine weitere Scheibe mit einem relativ mageren Brennstoff-Luftgemisch aus einem weiteren der Vergaserelemente gespeist wird.

Wird beispielsweise eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine vorgenannten Aufbaus als Zweischeibenmaschine konzipiert, bei der,eine Scheibe mit einem. Brennstoff-Luftgemisch gespeist wird, das ein Luft-Brennstoffverhältnis von 11 bis 12 hat, während die andere Scheibe mit einem Brennstoff-Luftgemisch gespeist wird, das ein Luft-Brennstoffverhältnis von 18 bis 19 hat, enthalten die Abgase beider Scheiben einen NOx-Gehalt von weniger als 130 ppm. Bei einer Scheibe, die mit einem Luft-Brennstoffverhältnis von 11 bis 12 arbeitet, beträgt der CO-Ausstoß angenähert 7 %, während der Ausstoß der mit dem Luft-Brennstoffverhältnis von 18 bis 19 arbeitenden Scheibe angenä-

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hert Null ist, so daß man einen sehr geringen Wert von angenähert 3,5 % erhält. Dieser Wert ist geringer als die 4 %_t die bei den jetzt üblichen Kreiskolben-Brennkraftmaschinen auftreten, die mit einem Luft-Brennstoffverhältnis von etwa 13 arbeiten. Obwohl der Ausstoß an HC relativ ansteigt, bleibt die Gesamtmenge relativ niedrig. Es ist somit die Gesamtmenge an verbrennbaren Bestandteilen, wie CO und HC gering genug, so daß sie durch die üblichen thermischen Reaktoren verarbeitet werden kann.

• Würde die Scheibe mit dem Luft-Brennstoffverhältnis von 18 bis 19 für sich alleine arbeiten, würden mit Rücksicht auf die schlechte Zündbarkeit des Brennstoff-Luftgemisches Fehlzündungen auftreten, so daß sich eine Unterbrechung im weichen Umlauf ergäbe. Bei der Erfindung wird jedoch der Umlauf des Kolbens stabil durch den weiteren Kolben in der anderen Scheibe aufrechterhalten, die mit dem Luft-Brennstoffverhältnis von 11 bis 12 arbeitet, so daß stabiler Betrieb der Gesamtmaschine gewährleistet ist. Es gelingt somit der Erfindung, den Gehalt an MOx zu reduzieren, der als sehr schwer zu beseitigender Abgasbestandteil angesehen wird, wobei eine Reduzierung auf die Größenordnung von 130 ppm möglich ist, eine Grenze, die in Zukunft gesetzt werden wird; gleichzeitig ist die Unterdrückung der CO- und HC-Anteile auf annehmbare Grenzen möglich, wobei insgesamt glatter und stabiler Umlauf in der Maschine gewährleistet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer

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Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die den Ausstoß an CO, HC und MOx im Abgas einer Benzin-betriebenen Maschine in Abhängigkeit vom Luft-Brennstoffverhältnis verdeutlicht, wobei die Darstellung insbesondere für e*ine Kreiskolben-Brennkraftmaschine ausgelegt ist;

Fig. 2 und 3 zeigen schematisch zwei Ausführungsformen einer Mehrscheiben-Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung, die als Duplexmaschine konzipiert ist.

Gemäß Fig. 2 und 3 besitzt die Duplex-Kreiskolben-Brennkraftmaschine der Wankel-Bauart einen vorderen Mantel 1 und einen hinteren Mantel 2, wobei die entgegengesetzten Enden jedes Mantels durch ein vorderes Seitenteil 3> ein Zwischenteil ¹J und ein hinteres Seitenteil 5 geschlossen sind, so daß sich

Kolbenkammern ergeben. In diesem Kolben^kammern befinden sich mehreckige (nicht gezeigte) Kolben, die exzentrisch um eine exzentrische Welle (nicht gezeigt) umlaufen, wobei deren Ecken über die trochoidale Mantellaufbahn der Mäntel 1 und 2 gleiten. Der Mantel 1 mit zugehörigem Seitenteil 3 und Zwischenteil 4 bildet eine erste Maschineneinheit oder Motorscheibe der Wankel-Bauart, während der Mantel mit zugehörigem Zwischenteil 4 und Seitenteil 5 eine zweite Maschineneinheit derselben Bauart liefern.

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Bei der Kreiskolben-Brennkraftmaschine der Duplexbauart gemäß Fig. 2 sind die beiden· Maschineneinheiten oder Motorscheiben mit getrennten Finlaßleitungen 6 und 7 und Ver*- gasern 8 bzw. 9 versehen. Die Vergaser 8 und 9 sind als 1-Körper-Vergaser gebildet, die bekannt sind und von denen der eine ein fettes Brennstoff-Luftgemisch mit einem Luft-Brennstoffverhältnis von 11 bis 12 und der andere mageres Brennstoff-Luftgemisch mit einem Luft-Brennstoffverhältnis von 18 bis 19 liefert. ·

• . Die Ausfuhrunjr.sform nach Fig. 3 ist mit einer Einlaßleitung 10 und 11 der vereinigten Bauart versehen, die mit einem 2-Körper-Vergaser 12 zusammenwirkt, der ebenfalls bekannt ist. Der Vergaser 12 besitzt einen ersten Körper 13»-der Brennstoff-Luftgemisch zur ersten Maschineneinheit liefert, sowie einen zweiten Vergaserkörper 14, der Brennstoff-Luftgemisch zur zweiten Maschineneinheit liefert. Auch in diesem Fall liefern die beiden Vergaserkörper 13 und 14 ein relativ mageres Brennstoff-Luftgemisch bzw. ein relativ fettes Brennstoff-Luftgemisch in der vorbeschriebenen V/eise..

Die Bezugszeichen 15 und 16 bezeichnen eine

Abgasleitung oder Auslaßleitung, die Abgas von den beiden Maschineneinheiten erhält. Die durch die Auslaßleitung gehenden Abgase gehen zu einer Reinigungsvorrichtung 17, z.B. einem thermischen Reaktor, in dem die CO- und HC-Anteile des Abgases nachverbrannt und das Abgas gereinigt wird. Das gereinigte Abgas geht dann durch ein Auspuffrohr 18 und einen Auspufftopf

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Die Erfindung wurde an einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine der Duplexbauart anhand der Fig. 2 und 3 erläutert. Es ist jedoch selbstverständlich,, daß die Erfindung auch bei einer Triplexbauart oder bei Bauarten mit noch mehreren Maschineneinheiten oder Motorscheiben anwendbar ist, die ebenfalls so ausgelegt werden können, daß sehr strenge Bestimmungen bezüglich des NOx-, CO- und HC-Gehalts in Abgasen befriedigt werden können.

Die Erfindung liefert somit eine Mehrfachkreiskolben-Brennkraftmaschine mit mehreren Maschineneinheiten der Kreiskolbenbauart, wobei eine Maschineneinheit mit einem relativ fetten Brennstoff-Luftgemisch und die andere mit einem relativ mageren Brennstoff-Luftgemisch betrieben wird.

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Claims

Patentansprüche

( 1 . /Mehrscheiben-KFeiskolben-Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Sätzen von Maschineneinheiten der Wankel-Kreiskolbenbauart, die jeweils einen Mantel mit trochoidaler Mantellaufbahn, diesen Mantel an entgegengesetzten Enden schließende Seitenteile sowie einen mehreckigen Kolben aufweisen, der in der durch Mantel und Seitenteile gebildeten Kammer untergebracht ist und exzentrisch umläuft, wobei seine Ecken über die trochoidale Mantellaufbahn des Mantels laufen, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Vergaserelemente (8, 9; 13, lh) zur Erzeugung wenigstens zweier Arten von Brennstoff-Luftgemischen beträchtlich unterschiedlichen Luft-Brennstoffverhältnisses, wobei wenigstens eine der Maschineneinheiten von einem der Vergaserelemente mit einem relativ fetten Brennstoff-Luftgemisch und die andere Maschineneinheit vom anderen Vergaserelement mit einem relativ mageren Brennstoff-Luftgemisch versorgt wird.
2. Maschine nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das eine der Vergaserelemente ein Erennstoff-Luftgemisch mit einen Luft-Brennstoffverhältnis im Bereich von im wesentlichen 11 bis 12 liefert.
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Vergaserelemente ein Brennstoff-Luftgemisch mit einem Luft-Brennstoffverhältnis im Bereich von im wesentlichen 18 bis 19 liefert.

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4. Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergaserelemente als unabhängige Vergaser ausgebildet sind.
5. Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Vergaserelementen unter Bildung eines Mehrkörpervergasers vereinigt sind. · '

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