DE3532417A1

DE3532417A1 - Luft- oder gemischverdichtende aussenachsige drehkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3532417A1
Application number: DE19853532417
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Mai (FH), 8500 Nürnberg
Original assignee: MAI WOLFGANG DIPL ING FH
Current assignee: MAI WOLFGANG DIPL ING FH
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1986-02-13
Also published as: DE3532417C2

Description

Anmelder und Erfinder:

Dipl.Ing.(FH)

Wolfgang Mai

Sulzbacher Str.17

8500 Nürnberg 20 8.September 1985

Luft-oder_gemischyerdichtende außenachsige

Drehkolbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine luft-oder gemischverdichtende außenachsige Drehkolbenbrennkraftmaschine mit zwei sich in entgegengesetzter Richtung drehenden Läufern,bei der sich die miteinander kämmenden Drehkolben gleichförmig um festste- *" hende, zueinander parallele Achsen drehen und bei der die Teilgehäuse der einzelnen Drehkolben ineinander übergehen.

Eine derartige außenachsige Drehkolbenbrennkraftmaschine ist bereits durch die Auto-Fachzeitschrift "mot-TECHNIK"Nr.22/1982 bekannt.

Diese außenachsige Drehkolbenbrennkraftmaschine hat für jeden der beiden Drehkolben seitlich und zu den Achsen derselben nahezu rechtwinkelig in die Teilgehäuse einmündend mindestens je einen Einlaßkanal sowie für jeden der beiden Drehkolben,radial aus den beiden Teilgehäusen führend mindestens je einen Auslaßkanal.Es läßt sich bei dieser Anordnung der Steuerkanäle nicht vermeiden,daß die Verdichtung relativ spät beginnt,da die seitlichen Einlaßkanäle von den Drehkolben sehr spät geschlossen werden,was bewirkt,daß ein erheblicher Teil der Frischladung ungenutzt durch die Auspuffkanäle entweicht,was wiederum hohen Kraftstoffverbrauch und Nachbrennen im Auspuff zur Folge hat. Zum Anderen wird der Arbeitstakt zu früh durch die Aufsteuerung

der Auslaßkanäle beendet,was zudem durch Nichtausnutzung eines großen Teiles der hochgespannten Ladung in den Kammern des Steuerkolbens zu erheblichem Leistungsverlust und starkem Auspuffgeräusch,bei starker einseitiger Erwärmung des Motorgehäuses,führt. Infolge des hohen Restgasanteiles nach Schließung der Auspuffkanäle wird das Frischgas aufgeheizt,was die Leistungsausbeute erheblich mindert und den Schadstoffausstoß vergrößert.

Die bei dieser Drehkolbenbrennkraftmaschine vorgesehenen Seiteneinlaßkanäle sind zudem für eine hohe Leistungsausbeute ungeeignet und erfordern relativ breite Gehäuseseitenteile. Eine Aufladung dieser Drehkolbenbrennkraftmaschine ist außerdem wegen des späten Schließens der Auspuffkanäle nur begrenzt möglich.

In der "Auto-Zeitung"Nr.17/1982 wurde die Arbeitsweise dieser außenachsigen Drehkolbenbrennkraftmaschine mit drei radialen Auslaßkanälen beschrieben,mit denen die vorstehend aufgezeigten Nachteile jedoch nicht beseitigt werden.

In der DE-OS 30 05 694 und den VDI-Nachrichten 34/85 wurde diese außenachsige Drehkolbenbrennkraftmaschine ebenfalls,jedoch mit vier radialen Auslaßkanälen,dargestellt.

Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr,eine luft-oder gemischverdichtende außenachsige Drehkolbenbrennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern,daß unter Vermeidung von Spül-und Verdichtungsverlusten,die durch spätes Schließen der Ein-bzw.der Auslaßkanäle bewirkt werden,ein hoher Kraftstoffverbrauch bei geringer Leistungsausbeute,niedrigem Drehmoment,hohem Schadstoffausstoß,verbunden mit Nachbrennen , starkem Auspuffgeräusch und einseitiger Gehäuseerwärmung,vermieden werden.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst,daß bei einer luft-oder gemischverdichtenden außenachsigen Drehkolbenbrennkraftmaschine mit zwei sich in entgegengesetzter Richtung drehen-

den Läufern,bei der sich die miteinander kämmenden Drehkolben gleichförmig um feststehende,zueinander parallele Achsen drehen und bei der die Teilgehäuse der einzelnen Drehkolben ineinander übergehen,diese dadurch gekennzeichnet ist,daß der Spülungs-und Ladungsvorgang im Gleichstrom hintereinander über die beiden Teilgehäuse stattfindet und die Leistungsabgabe gleichmäßig und gleichzeitig auf die Drehkolben erfolgt und daß der Arbeitsund der Spültakt auf der gleichen Teilgehäuseseite liegt.

Im Einzelnen wird dies dadurch erreicht,daß die vorstehend beschriebene Drehkolbenbrennkraftmaschine dadurch gekennzeichnet ist,daß in eines der Teilgehäuse ein Einlaßkanal mündet und aus dem anderen Teilgehäuse ein Auslaßkanal führt und daß zwischen den beiden Teilgehäusen ein Verbindungskanal angeordnet ist und daß die Einmündungen dieser Kanäle am Umfang der Teilgehäuse einmünden.

Die Anordnung des Verbindungskanales ist einfach aber wirkungsvoll.Er hat eine Doppelfunktion und gewährleistet im Zusammen- * wirken mit je einem auf ihn abgestimmten,jeweils an bestimmten

^ Stellen der einzelnen Teilgehäuse angeordneten Ein-bzw.Auslaßkanal ein optimales Gleichstrom-Spül-und Ladeverfahren hintereinander , über die beiden Teilgehäuse,bei geringem Kraftstoffverbrauch und Auspuffgeräusch,gleichmäßigerer Erwärmung der Teilgehäuse und vermindertem Schadstoffausstoß.Außerdem wird durch die ausschließliche Anordnung der Steuerkanäle am Gehäuseumfang eine relativ hohe Leistungsausbeute und gute Aufladungsmöglichkeit garantiert.Desweiteren kann bei der vorgeschlagenen Anordnung der Steuerkanäle bei Kraftstoffeinspritzung die Einspritzvorrichtung derart angeordnet werden,daß der Kraftstoff relativ früh,mit niedrigem Druck,tangential an die für diese Zwecke günstig geformten Kammerwände des Steuerkolbens gespritzt werden kann .

Aus der Auto-Fachzeitschrift "mot-TECHNIK"Nr.22/1982,Nr.6/1983, der DE-OS 30 05 694,der "Auto-Zeitung"Nr.17/1982 sowie der VDI-Nachrichten 34/85 ist eine derartige außenachsige Drehkolbenbrennkraftmaschine bekannt,jedoch ist hier die in Bezug auf die _Ιψ. Μ-ε Teilgehäuse parallele, über die einzelnen Teilgehäuse in diesem

Fall aber weniger wirkungsvolle Umkehrspülung angewendet,im Gegensatz zur effektvolleren Gleichstromspülung,hintereinander über die einzelnen Teilgehäuse,bei der Neuanmeldung.Außerdem ist bei der bekannten Drehkolbenbrennkraftmaschine mit der hier angewendeten parallelen Spülung über die beiden Teilgehäuse zwangsläufig eine größere Frischladungsmenge erforderlich.

Damit ist die gestellte Aufgabe voll gelöst.Die Anordnung der Steuerkanäle ist,da diese ausschließlich am Umfang der Drehkolbenbrennkraftmaschine angeordnet sind,außerordentlich zweckmäßig und platzsparend und sie stellen in ihrer Anzahl ein Minimum dar.

Bei einer gemischverdichtenden Drehkolbenbrennkraftmaschine verringert diese Anordnung der Steuerkanäle in hohem Maße die Spülverluste insofern,weil die Frischladung,von einer einzigen Einlaßöffnung eines Teilgehäuses kommend,einen relativ langen Weg bis zur einzigen Auslaßöffnung des anderen Teilgehäuses zurücklegen muß.Die sowohl für luftverdichtende als auch für gemischverdichtende Drehkolbenbrennkraftmaschinen ausgezeichnete Kühlwirkung wird einmal durch die lange Verweilzeit der Frischladung an den Wänden der Drehkolben und denen der Gehäuseteile und zum Anderen dadurch bewirkt,weil die erfindungsgemäße Anordnung der Steuerkanäle gestattet,daß sich,im Gegensatz zur in Betracht gezogenen Drehkolbenbrennkraftmaschine,sowohl der Arbeits-ais auch der Spültakt auf der gleichen Teilgehäuseseite abspielen.

Was die Anordnung der bei Kraftstoffeinspritzung vorgesehenen Kraftstoffeinspritzvorrichtung anbelangt.so wird aufgrund der längeren Verweilzeit des Kraftstoffes an den Kammerwänden des Steuerkolbens eine gute Aufbereitung,Verdampfung und Luftvermischung und damit eine optimale spätere Verbrennung sowie gute Kühlung des Steuerkolbens und damit des ihn umschließenden Teilgehäuses erreicht.

Eine erhöhte Leistungsabgabe der erfindungsgemäßen Drehkolbenbrennkraftmaschine ist insofern möglich,weil nunmehr die sich in den Kammern des Steuerkolbens befindlichen hochgespannten Gase über den Verbindungskanal rückwirkend in den Kammern des Arbeits-M-6

kolbens arbeitabgebend entspannen können und damit die Leistungsabgabe bei größerem Drehwinkel des Arbeitskolbens auch auf den Steuerkolben erweitert wird.was die Steuerräder entlastet.Alles zusammen ergibt zwangsläufig eine größere Leistung der Maschine,verbunden mit geringerem Kraftstoffverbrauch,gleichmäßigerem und höherem Drehmoment bei geringerem Schadstoffausstoß ohne Nachbrennen,geringerem Auspuffgeräusch und gleichmäßigerer Gehäuseerwärmung. "

Ein weiterer Vorteil der ausschließlich am Umfang dieser Drehkolbenbrennkraftmaschine angeordneten Steuerkanäle ist die Tatsache,daß sich diese totraumreduzierend nahezu auf die gesamte Breite der Maschine erstrecken können,was aus spülungstechnischen Gründen mit Seiteneinlaßkanälen nicht möglich ist.

Der einzige am Umfang eines Teilgehäuses angeordnete Einlaßkanal ermöglicht es,den Kompressionsraum des Arbeitskolbens über einen großen Drehwinkel hoch aufzuladen,da der Verbindungskanal frühzeitig übersteuert und ein Entweichen der Frischladung über den Auslaßkanal damit verhindert wird,womit eine hohe Leistungsausbeute garantiert ist.(Fig.4)

Die vorerwähnte Doppelfunktion des einzigen Verbindungskanales zwischen den beiden Teilgehäusen besteht darin,daß dieser einmal die sonst ungenutzt entweichenden hochgespannten Gase aus den Kammern des Steuerkolbens in die jeweiligen Kammern des Arbeitskolbens leitet und zum Anderen in umgekehrter Richtung, mit entsprechender Kühlwirkung,die Frischladung von der jeweiligen Kammer des Arbeitskolbens in die jeweilige Kammer des Steuerkolbens leitet.

Durch die Anbringung der Steuerkanäle am Umfang der Teilgehäuse ist eine kurze Bauweise der Seitengehäuse gegeben.

Die Steuerzeiten der erfindungsgemäßen Drehkolbenbrennkraftmaschine sind ohne Überschneidung des Auspuff,-Spül-und Ladevorganges , weshalb praktisch keine Spülmittelverluste und Nachbrennen im Auspuff in Erscheinung treten.

Während des Spül-und Ladevorganges wird in den Kammern des Steuerkolbens durch die radial nach innen gerichtete Strömung zwangsläufig ein walzenförmiger Drall der Frischladung erzeugt,in welchen , entgegen der Drallrichtung,der Kraftstoff tangential an die weglaufenden Wände des Steuerkolbens gespritzt wird.

Bei fortgeschrittener Drehung des Steuerkolbens wird durch Aufsteuerung der Gehäusekante zwischen den beiden Teilgehäusen von der bereits verdichteten Luft in der Kammer des Arbeitskolbens in der Kammer des Steuerkolbens ein in der Drehrichtung umgekehrter Drallanstoß ausgelöst.Dieser Effekt bewirkt eine weitere intensive Vermischung der Luft mit dem inzwischen auf der Wand des Steuerkolbens verdampften Kraftstoff.Diese vorteilhaften Dralleffekte sind bei der Drehkolbenbrennkraftmaschine mit seitlichen Einlaßkanälen nicht möglich,da bei tangentialem Eintritt der Frischladung in die Kammern der Drehkolben wegen deren langgestreckter Form kein Drall entstehen kann.

Was den erwähnten geringeren Schadstoffausstoß anbelangt,so kommt dieser zwangsläufig dadurch zustande,daß die Maschine aufgrund der besseren Spülung und damit Kühlung niedrigere Temperaturen hat.Desweiteren kann die Maschine mit weiter abgemagertem Kraftstoff-Luft-Verhältnis betrieben werden,da die Verdichtungsverhältnisse wegen der geringeren Anzahl der zu übersteuernden Kanäle wesentlich günstiger sind und bei gemischverdichtenden Drehkolbenbrennkraftmaschinen außerdem kein fettes Gemisch zur Innenkühlung benötigt wird.

Das geringere Auspuffgeräusch ergibt sich aus der Tatsache, daß die Maschine über einen größeren Drehwinkel auch die sich in den Kammern des Steuerkolbens befindlichen noch hochgespannten Gase zur Arbeitsabgabe und damit Entspannung heranzieht, wobei die Auspuffgase mit geringerem Druck den Auspuffkanal verlassen.

Ein Nachbrennen im Auspuff schließlich wird dadurch vermieden, daß bei der erfindungsgemäßen Drehkolbenbrennkraftmaschine infolge ihrer größeren Arbeitsdrehwinkel und damit möglichen M-6

längeren Ausbrennzeit praktisch keine noch brennbaren Gemischanteile in den Auspuff gelangen können,was durch die ebenfalls geringeren Spülmittelverluste bei gemischverdichtenden Maschinen unterstützt wird.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Beispieles entnommen werden.

Es zeigen:

Fig . 1 einen Querschnitt durch eine außenachsige Drehkolbenbrennkraftmaschine mit einem Getriebeübersetzungsverhältnis des Arbeitskolbens zum Steuerkolben von 2:1,

Fig.2-6 die in Fig.l gezeigte Drehkolbenbrennkraftmaschine in verschiedenen Arbeitsstellungen.

In Fig.l laufen in einem aus zwei Teilgehäusen la und Ib bestehenden Gehäuse 1 ein Arbeitskolben 2 und ein Steuerkolben 3, die sich beide um feststehende,zueinander parallele Achsen 4 und 5 in gegenläufiger Drehrichtung drehen.Die Drehrichtungen der Drehkolben sind durch Richtungspfeile 18,19 gekennzeichnet. Am Teilgehäuse la ist ein Einlaßkanal 6 und ein Ende eines Verbindungskanals 7,im anderen Teilgehäuse Ib ein Auslaßkanal 8, eine Einspritzvorrichtung 9,eine Zündeinrichtung 10 bzw.deren Schußkanal und das andere Ende des Verbindungskanals 7 vorgesehen .

In Fig.2 ist die Arbeitsstellung gezeigt,in welcher eine Ecke 2a des Arbeitskolbens 2 den Einlaßkanal 6 geschlossen hat und im Verdichtungsraum 11 des Teilgehäuses la die Verdichtung der Frischladung beginnt.Eine Ecke 3a des Steuerkolbens 3 steuert gerade den Auslaßkanal 8 auf.

Fig.3 zeigt die Stellung des Steuerkolbens 3,in der dieser mit einer Ecke 3b die Verbindung des Verdichtungsraumes 11 dem Verdichtungsraum 12 des Teilgehäuses Ib zu einem Verdichtungs-M~6 raum 13 weiter verdichtend herstellt.Unmittelbar davor hat ei-

ne Ecke 2b des Arbeitskolbens 2 den Einlaßkanal 6 aufgesteuert, sodaß Frischladung hinter den sich über den Auslaßkanal 8 entspannenden Abgasen durch den Saugraum 14,den Verbindungskanal 7 und die durch den Steuerkolben 3 umschlossene Kammer 15 einströmen kann.

In Fig.4 hat eine Ecke 3c des Steuerkolbens 3 den Verbindungskanal 7 abgeschlossen,sodaß der Spül-und Ladevorgang des Saugraumes 14 und der der Kammer 15 beendet sind.Im Verdichtungsraum 13 ist die Verdichtung der Frischladung inzwischen weiter fortgeschritten.

In Fig.5 teilt eine Ecke 3d des Steuerkolbens 3 den ursprünglichen Verdichtungsraum 13 in die Teilexpansionsräume 16 und 17, zuvor wurde jedoch zwischen letzteren durch Öffnen des Verbindungskanals 7 eine Verbindung hergestellt,sodaß die sich im Teilexpansionsraum 16 befindlichen Hochdruckgase über den Verbindungskanal 7 in den sich vergrößernden Teilexpansionsraum arbeitabgebend entspannen können.

Fig.6 zeigt die Stellung der Drehkolben 2,3,in welcher eine Ecke 3e des Steuerkolbens 3 den Auslaßkanal 8 geschlossen hat und die Kraftstoffeinspritzung mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 in die Kammer 15 und zwar vorteilhafterweise mittels einer mehrstrahligen Lochdüse tangential an die sich entfernende Kammerwand der Kammer 15 des Steuerkolbens 3 beginnt.Im Verdichtungsraum 13 ist inzwischen mit Hilfe der Zündeinrichtung 10 die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt,sodaß die Expansion,wie aus den Fig.2-6 hervorgeht, in den Räumen 16 und 17 vonstatten geht.

Mit der beschriebenen Wirkungsweise dieser außenachsigen Drehkolbenbrennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Anordnung eines an einem der Teilgehäuse la jeweils einzigen Einlaßkanals 6,an einem anderen Teilgehäuse Ib einzigen Auslaßkanals 8 sowie eines einzigen Verbindungskanals 7 zwischen den beiden Teilgehäusen la,Ib wurde ein einfaches Spül-und Ladeverfahren,im Gleichstrom hintereinander über die beiden M-6

Teilgehäuse la,Ib arbeitend,mit auf die einzelnen Drehkolben 2,3 gleichmäßig und gleichzeitig wirkender Leistungsabgabe verwirklicht.(Fig.1)

Selbstverständlich können bei dieser außenachsigen Drehkolbenbrennkraftmaschine anstelle des Auslaßkanals 8 der Einlaßkanal 6 am Teilgehäuse Ib und anstelle des Einlaßkanals 6 der Auslaßkanal 8 am Teilgehäuse la,bei Verbleib des Verbindungskanals 7 zwischen den beiden Teilgehäusen la,Ib,angeordnet werden,wobei die Strömungsrichtung der Arbeitsgase beim Spül-und Ladevorgang entgegengesetzt der in Fig.3 gezeigten verläuft.Die Drallrichtung in den Kammern des Steuerkolbens 3 wird hierbei ebenfalls umgekehrt,sodaß der mit der Einspritzvorrichtung 9 eingespritzte Kraftstoff tangential in Drehrichtung des Dralles an die sich entfernende Wand des Steuerkolbens 3 aufgebracht wird.Bei Aufsteuerung der Ecke zwischen den Teilgehäusen Ia₁Ib durch eine Ecke 3b des Steuerkolbens 3 in Fig.3 wird bei dieser Anordnung der Steuerkanäle der in den Kammern des Steuerkolbens 3 bestehende Drall durch die bereits in der Kammer 11 des Arbeitskolbens 2 vorverdichtete Frischladung verstärkt.

/M₁ Leerseite -

Claims

PATENTANSPRÜCHE

( lyLuft-oder gemischverdichtende außenachsige Drehkolbenbrennkraftmaschine mit zwei sich in entgegengesetzter Richtung drehenden Läufern,bei der sich die miteinander kämmenden Drehkolben (2,3) gleichförmig um feststehende,zueinander parallele Achsen drehen und bei der die Teilgehäuse (Ia₁Ib) der einzelnen Drehkolben (2,3) ineinander übergehen,dadurch gekennzeichnet , daß der Spülungs-und Ladungsvorgang im Gleichstrom hintereinander über die beiden Teilgehäuse (Ia₁Ib) stattfindet und die Leistungsabgabe gleichmäßig und gleichzeitig auf die beiden Drehkolben (2,3) erfolgt und daß der Arbeits-und der Spültakt auf der gleichen Teilgehäuseseite liegt.
2.Luft-oder gemischverdichtende außenachsige Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß in eines der Teilgehäuse (la) ein Einlaßkanal (6) mündet und aus dem anderen Teilgehäuse (Ib) ein Auslaßkanal (8) führt, daß zwischen den beiden Teilgehäusen (Ia₁Ib) ein Verbindungskanal (7) angeordnet ist und daß die Einmündungen dieser Kanäle am Umfang der Teilgehäuse (la-,Ib) einmünden.
3.Luft-oder gemischverdichtende Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtung (9) radial zu den Achsen (5,4) der Drehkolben (2,3) derart angeordnet ist,daß der Kraftstoff jeweils tangential an die in Drehrichtung des Kolbens (3) vorn liegende Kammerwand des Drehkolbens (3) aufgespritzt wird.(Fig.6)