DE2328123A1 - Drehkolben-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

:-.:-όϊ W/Vh-2958

30.5.73

General Motors Corporation, Detroit, Mich., V.St.A,

Drehkolben-Brennkraftmaschine; Zusatz zu Patent (Pat.Anm.P 22 57 692.7-13)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolben-Brennkraftmaschine mit einer in einem Gehäuse gelagerten Ausgangswelle, auf der über einen Exzenter ein umlaufender Kolben gelagert ist, der mit einem Hohlraum im Gehäuse mehrere Arbeitskammern veränderlichen Volumens bildet, die· über den Umfang des Kolbens mit Abstand voneinander mit diesem innerhalb des Gehäuses umlaufen, wobei in dem Gehäuse vorgesehene Ein- und Auslasskanal periodisch mit jeder der umlaufenden Arbeitskammern in Verbindung kommen und eine Mehrfunken-Zündeinrichtung vorgesehen ist, die periodisch eine Reihe von Funkenstrecken bildet, durch die in jeder der Arbeitskammern mehrere Funken erzeugt werden, nachdem die Arbeitskammer mit dem Einlasskanal und bevorsie mit dem Auslasskanal verbunden wird und s L--lit ein^. wertere

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Entwicklung des Gegenstandes des Patents ... (P 22 57 692.7-13) dar.

Bei Drehkolben-Brennkraftmaschinen der Wankel-Bauart ist es zurzeit üblich, eine oder mehrere übliche Zündkerzen in dem Gehäuse der Maschine anzuordnen, wobei jede Elektrode der Zündkerzen über ein Loch in dem Gehäuse in den Hohlraum des Gehäuses ragt, um den Brennstoff in der dort befindlichen Arbeitskammer zu entzünden. Überläuft eine Kantendichtung des Kolbens ein derartiges Zündkerzen-loch, so ergibt sich ein Leckweg für verdichtete Gase, durch die der Wirkungsgrad der Maschine verringert wird. Ferner ergeben sich bei Anordnung der Zündkerze im Gehäuse Verluste an Kühlfläche und ferner entstehen im Bereich der die Zündkerzen aufnehmenden Ansätze überhitzte Stellen. Ein Weg, um derartige Gasleckagen und überhitzte Stellen zu vermeiden, besteht darin, die Zündkerzen in dem Läufer anzuordnen, wobei mindestens eine Zündkerze an ^jeder Stirnfläche des Kolbens erforderlich ist. Hierbei wurde jedoch festgestellt, dass übliche Zündkerzen den Aufbau des Kolbens selbst wesentlich komplizieren und eine beträchtliche Masse zufügen, die gekühlt werden muss. Ferner ist durch diese Anordnung die zulässige Höchstdrehzahl des Kolbens begrenzt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolben-Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art so weiter auszugestalten, dass durch die Zündkerzen eine beträchtlich geringere Masse in den Kolben eingeführt wird, und dieser durch einfachen Aufbau leicht und daher billig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale gelöst. Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung stellt die Zündkerze ein in die Kolbenkonstruktion eingegliedertes Element dar.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Bauart ergibt sich aus dein Anspruch 2.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Drehkolben-Brennkraftmaschine im Bereich des Kolbens, Fig. 2 einen Teilschnitt nach der Linie 2-2

in Fig. 1 und Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie 3-3

in Fig. 1, .

Fig. 4 eine auseinander gezeichnete perspektivische Darstellung des Kolbens nach Fig.l mit der eingegliederten Zündkerze und

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Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Teils der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine nach Fig. 1 mit zur Zündanlage gehörenden Teilen.

Die in Fig. 1 dargestellte Drehkolben-Brennkraftmaschine ist von der Wankel-Bauart und weist ein äusseres, ortsfestes Gehäuse 10 auf, in dem ein Hohlraum 11 mit einer Umfangswand 12 und zwei, axialen Abstand voneinander aufweisenden Stirnwänden 14 gebildet ist. Die Umfangswand 12 hat die Form einer zweiflügeligen Epitrochoide oder einer dazu parallelen Kurve mit einem Mittelpunkt 16. Eine Ausgangswelle 18 erstreckt sich durch den Hohlraum 11 und ist drehbar um die Mittellinie parallel zur Umfangswand 12 in den Stirnwänden 14 des Gehäuses 10 gelagert.

Innerhalb des Hohlraumes 11 weist die Ausgangswelle 18 einen Exzenter 21 auf, auf dem über eine Lagerbüchse 23 ein K_Qlben 22 um die Achse 24 des Exzenters drehbar gelagert ist. Der Kolben 22 hat im wesentlichen dreieckige Form mit drei konvex gekrümmten Umfangsflächen 26, die mit der Umfangswand zusammenarbeiten und mit Stirnwänden, so dass drei Arbeitskainmern 28 veränderlichen Volumens zwischen dem Kolben und dem Hohlraum 11 gebildet werden. An jeder parallel zur Achse des Kolbens 22 liegenden Kante des Kolbens 22 ist eine Kanten-

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dichtung 29 vorgesehen; an jeder Stirnfläche des Kolbens sind drei Paare von Seitendichtungen 30 zwischen benachbarten Kantendichtungen 29 angeordnet und zwischen den Kantendichtungen und Seitendichtungen befinden sich drei Eckdichtungen 31» die die Abdichtung der einzelnen Arbeitskammern vervollständigen.

Die Kantendichtungen 29 sind in nicht dargestellter Weise zur Anlage gegen die Umfangswand 12 vorbelastet und die Seitendichtungen 30 und die Eckdichtungen 31 sind in nicht dargestellter Weise in dauernder Anlage gegen die Stirnwände 14 gehalten. Es ergeben sich beim Umlauf des Kolbens vier Arbeitstakte, nämlich Ansaugen, Verdichten, Expandieren und Auspuff bei jeder Umdrehung des Kolbens, wenn dieser mit 1/3 der Drehzahl der Ausgangswelle 18 umläuft. Dies wird durch einen Zahnradsatz erzwungen, der· aus einem innenverzahnten Zahnrad 32 besteht, das konzentrisch mit dem Kolben 22 verbunden ist und mit einem aussenverzahnten Zahnrad 33 kämmt, das konzentrisch zur Ausgangswelle 18 mit der einen Stirnwand 14 des Gehäuses 10 fest verbunden ist. Das Zahnrad 32 hat 1,5 mal mehr Zähne als das Zahnrad 33, woraus sich das gewünschte Verhältnis von 3:1 zwischen der Ausgangswelle 18 und dem Drehkolben 22 ergibt. Ein Brennstoff-Luft-Gemisch von einem nicht dargestellten Vergaser wird 3e-der Arbeitskammer 28 über einen Einlass-

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kanal 34 im Gehäuse 10 zugeleitet, der in den Hohlraum 11 durch die Stirnwände 14 tretend an axial einander gegenüberliegenden Stellen mündet, wobei die Mündungen auf der einen Seite der Einschnürung 36 der Umfangswand 12 liegen. Die Abgase werden aus jeder Kammer 28 durch einen Auslasskanal 37 im Gehäuse abgeführt, der von der Arbeitskammer 28 im Bereich der Umfangswand 12 auf der anderen Seite der Einschnürung 36 abgeht. Im mittleren Bereich der Umfangsflachen 26 hat der Kolben 22 einen Kanal oder eine Aussparung 38, damit die Gase an der anderen Einschnürung 39 der Umfangswand hindurchtreten können, wenn der Kolben sich im Bereich des Totpunktes (Fig. l) befindet und eine Unterteilung der Kammer durch die Einschnürung 39 während der Brennzeit verhindert ist.

Die bisher beschriebene Bauweise ist die übliche und es ergeben sich bei den vier Arbeitstakten bei jeder Umdrehung des Kolbens ein Leistung abgebender Takt. Bei Umlauf des Kolbens in Richtung des in Fig. 1 eingezeichneten Pfeiles wird das Brennstoff-Luft-Gemisch periodisch und aufeinanderfolgend in die Arbeitskammern 28 angesaugt, wenn die Seitendichtungen 30 den Einlasskanal überlaufen, worauf das in der Arbeitskammer eingeschlossene Gemisch verdichtet und am Ende der Verdichtung gezündet wird, wenn sich der Kolben in der Nähe der Totpunktlage befindet. Bei bekannten Maschinen sind

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in dem Gehäuse 10 nahe der Einschnürung 39 ein oder zwei Zündkerzen vorgesehen, deren Elektroden in den Hohlraum 11 ragen, um das Gemisch in der Arbeitskammer zu zünden, worauf durch die Verbrennung der Drehkolben weiter gedreht wird, da sich die Brenngase ausdehnen. Die vorlaufende Kantendichtung jeder Arbeitskammer überläuft den Auslasskanal 37, worauf die Brenngase aus der Arbeitskammer ausgestossen werden, um den Kreislauf zu vollenden.

Der Kolben 22 bestehterfindungsgemäss aus zwei Teilen 40 und 41, die vorzugsweise auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt sind. Die Teile 40 und 41 haben aussenliegende Stirnflächen 42 und 44 sowie einander zugewandte Stirnflächen 46 und 47» die alle senkrecht zur Achse 24 des Kolbens liegen. Der Teil 40 des Kolbens 22 ist hohl ausgebildet und stellt den grösseren Teil des Kolbens dar, während der kleinere Teil 41 ein massiver Bauteil ist. Der hohle Teil 40 hat eine Umfangywand 48 und einen zentralen Nabenteil 49 zur Aufnahme

. der Lagerbuhh.se 23. Der Nabenteil 49 ist mit der Umfangswand 48 durch radial gerichtete Rippen 52 verbunden, durch die Räume 54 zwischen dem Nabenteil 49 und der Umfangswand 48 gebildet sind, so dass in axialer Richtung durch den Drehkolben Kühlflüssigkeit treten kann, wenn die beiden Kolbenteile entsprechend Fig. 3 miteinander verbunden sind. An dem Teil

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ist das innenverzahnte Zahnrad 42 konzentrisch zur Achse 24 des Kolbens gebildet.

Die Stirnfläche 46 des hohlen Teils 40 hat zwischen je zwei Ecken des Kolbens eine Aussparung 56 zurAufnahme einer Zündkerze, die sich in die Umfangswand 48 am Boden der Aussparung 38 erstreckt,und eine weitere Aussparung 58 für die Zündkerze in der Umfangswand zwischen der Aussparung 56 und der nachlaufenden Kante des Kolbens. Beide Aussparungen sind zur Aussenfläche des Kolbens hin offen. Ferner ist in der Rippe 52 zwischen zwei Aussparungen 56 und 58 eine weitere Aussparung 59 vorgesehen. Ferner ist radial ausgerichtet zur Aussparung 56 am einen Ende des Nabenteils 49 eine Aussparung 60 gebildet, die in eine Aussparung 62 im Inneren des Nabenteils 49 mündet und sich über deren Länge parallel zur Achse 24 des Kolbens erstreckt. Die Aussparungen 56, 58, 59» 60 und 62 dienen insgesamt zur Aufnahme einer Zündkerze 66.

Jede Zündkerze 66 besteht aus einem keramischen Körper 68, der (Fig. 1, 3 und 4) aus einem Schaft 69 mit einem Fussteil 70 besteht, der in eine der Aussparungen 60 greift, und aus einem Kopfteil 71, der in die vorlaufende Aussparung 56 greift. Der Schaft 69 hat einen Arm 74, der sich von einer Stelle zwischen dem Fussteil 70 und dem Kopfteil 71 erstreckt und mit seinem mittleren Teil in der Aussparung 59 liegt,während

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sein Ende 76 in die nachlaufende Aussparung 58 passt. Zusätzlich hat der Fussteil 70 des keramischen Körpers eine Wurzel 78, die in die Aussparung 62 der Nabe greift und sich über deren Länge erstreckt. Der keramische Körper ist mit Ausnahme seiner Enden mit einer Metallschicht 79 bekleidet, die mit dem Metall der Kolbenteile verbindbar ist. Diese Metallschicht 79 ist so ausgebildet, dass sie die die Teile des keramischen Körpers aufnehmenden Aussparungen völlig ausfüllt und abdichtet, In jeden keramischen Körper sind drei Elektroden 80,

81 und 82 aus Hochspannungsleitermaterial eingeschmolzen. Die Elektrode 80 (Fig. 3) erstreck-t sich durch den Schaft 69 und die Wurzel 78, wobei ihr eines Ende 83 durch das Ende der Wurzel ragt und ihr anderes Ende 84. durch den oberen Teil des Schaftes durch die Umfangsflache 26 des Kolbens in die Aussparung 38 ragt. Die Elektrode 81 erstreckt sich von dem Schaft 69 durch den Arm 74, wobei ihr eines Ende 86 aus dem Schaft ragend mit dem E£nde 84 der Elektrode 80 eine Punk-ens tr ecke bildet. Das andere Ende 88 der Elektrode 81 ragt vom Ende des Armes in eine napfförmige Aussparung 90 der Kolbenfläche, so dass in diesem Bereich keine Anlage in die Umfangswand 12 erfolgt oder ein Überschlag stattfindet. Die dritte Elektrode

82 (Fig. 2) hat ein Ende 94, das aus dem Arm 74 vorsteht und in der Aussparung 58 über den Kolben an Masse liegt, und mit

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ihrem freien Ende 96 mit dem Ende 88 der Elektrode 81 eine zweite Funkenstrecke bildet. Diese Mehrfunken-Zündeinrichtung hat also eine vorlaufende Funkenstrecke 98 zwischen den Enden 84 und 86 der Elektroden 80 und 81 und eine nachlaufende Funkenstrecke 100 zwischen dem andren Ende 88 der Elektrode 81 und dem Ende 96 der Elektrode 82. Eine derartige Anordnung ist im Hauptpatent beschrieben. Da die Kapazität an der vorlaufenden Funkenstrecke bedeutend geringer ist als an der nachfolgenden Funkenstrecke zur Masse erscheint ein grösserer Anteil der zugeleiteten Spannung an der vorlaufenden Funkenstrecke, um einen Überschlag zu bewirken. Ist diese Funkenstrecke durch den Funken überbrückt, so erscheint die gesamte Spannung mit Ausnahme eines kleinen im Plasma der vorlaufenden Funkenstrecke verbleibenden Teils der Spannung an der nachlaufenden Funkenstreckt, die schnell überbrückt wird, so dass die beiden Funken nahezu gleichzeitig auftreten. Bei dieser Anordnung ist es auch möglich, den vorlaufenden Funken im Bereich der oberen Totpunktlage des Kolbens in der Mitte der Kammer zu bilden und den nachfolgenden Funken kurz danach auszulösen. Die Zündkerzen könnaan auch als einfache Zündkerzen mit nur zwei Elektroden ausgebildet sein, von denen die eine zum Kolben geerdet ist.

Beim Zusammenbau des Kolbens werden die drei Zündkerzen 66 zunächst in die sie aufnehmenden Aussparungen in der

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Stirnflache 46 des hohlen Teils 40 des Kolbens montiert, worauf dann der massive Teil 41 mit dem Teil 40 verbunden wird. Die zusammenarbeitenden Stirnflächen 46 und 47 wie auch die zusammentreffenden Flächen der Metallüberzüge der Zündkerzen werden dann mit einem geeigneten Lötstoff miteinander verlötet. Es ergibt sich ein gasdichter Saum zwischen den Teilen des Kolbens an dessen Aussenflächen und im Bereich der Zündkerzen, wo diese aus der Kolbenoberfläche austreten«

Wie Fig. 5 zeigt, wird den Zündkerzen 66 Spannung über einen gegen hohe Spannung, isolierten Leiter 102 zugeleitet, der sich durch einen axialen Kanal in der Ausgangswelle erstreckt und durch eine radiale Öffnung auf der dem Zahnrad abgewandten Seite 'des Exzenters 21 nach aussen geführt ist. Eine zur Ausgangswelle 18 koaxiale drehbare Scheibe 104 ist über eine übliche Zündanlage 106 mit einer Gleichspannungsquelle 108 verbunden. Die Scheibe 104 hat einen Kontakt 110, der von der Zündanlage gelieferte Zündimpulse auf einen Kontakt 112 am Leiter 102 überträgt, wobei der Kontakt 112 an der Stirnfläche der Ausgangwelle 18 durch eine Halterung 114 aus. elektrisch nichtleitendem Werkstoff befestigt ist. Die Zündimpulse werden durch den Leiter 102 zu einem bogenförmigen Metallstreifen geleitet, der auf der einen Innenseite eines rinnenförmigen Teils 118 aus elektrisch isolierendem Werkstoff sitzt. Der

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rinnenförmige Teil 118 ist an der Ausgangswelle so befestigt, dass der Kontaktstreifen 116 zur Totpunktlage des Exzenters 21 zentriert ist. Wie Fig. 3 zeigt, ist das Ende 83 jeder Zündkerze 66 radial gerichtet und ragt in die Rinne 120, so dass es über den Kontaktstreifen 116 gleitet, wenn die Ausgangswelle umläuft. Dadurch wird der elektrische Zündimpuls über den Kontaktstreifen 116 der jeweils zu zündenden Zündkerze 66 zugeleitet, wobei die Länge des Kontaktstreifens so gewählt ist, dass sich ein verhältnismässig grosser Winkel ergibt, in dem das Zünden erfolgt, so dass Änderungen des Zündzeitpunktes einstellbar sind«

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Claims (2)

1. -13-Patentansprüche:

   j) Drehkolben-Brennkraftmaschine mit einer in einem Gehäuse gelagerten: Ausgangswelle, auf der über einen ' Exzenter ein umlaufender Kolben gelagert ist, der mit einem Hohlraum im Gehäuse mehrere Arbeitskammern veränderlichen Volumens bildet, die über den Umfang des Kolbens mit Abstand voneinander mit diesem innerhalb des Gehäuses umlaufen, wobei in dem Gehäuse vorgesehene Ein- und Auslasskanäle periodisch mit jeder der umlaufenden Arbeitskammern in Verbindung kommen und eine Mehrfunken-Zündeinrichtung vorgesehen ist, die periodisch eine Reihe von Funkenstrecken bildet, durch die in jeder der Arbeitskammern mehrere Funken erzeugt werden, nachdem die Arbeitskammer mit dem Einlasskanal und bevor

   sie mit dem Auslasskanal verbunden wird, nach Patent

   (Pat.Anm. P 22 51 692.7-13), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) aus zwei in senkrecht zu seiner Drehachse (24) liegenden Stirnflächen (46,47) zusammenpassenden Teilen (40,41) besteht, dass in der Stirnfläche (46) des einen Teils (40) in jeder Umfangsfläche (26) des Kolbens eine Aussparung (56) zur Aufnahme einer Zündkerze (66) gebildet ist, und die Zündkerze aus einem mit Metall (79)

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   bfekleideten keramischen Körper (68) bestehend die Aussparung ausfüllt und in dem keramischen Körper eine Elektrode (80) enthält, deren einem Ende (83) elektrische Zündimpulse zugeleitet werden und deren eine Funkenstrecke bildendes anderes Ende (84) über die benachbarte Umfangsfläche (38) des Kolbens ragt, und dass die beiden Teile des Kolbens und die Zündkerze (66) dauernd durch ein Lötmetall miteinander verbunden sind.
2. 2. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Teil (40) des Kolbens (22) in einem Nabenteil (49) eine Öffnung (60) für jede Umfangsfläche des Kolbens aufweist und jeder mit Metall bekleideter keramischer Körper (68) der Zündkerzen einen Schaft (69) hat, der einen in diese Öffnungen passenden Fussteil (70) und einen Kopfteil (71) aufweist, der in die zur Umfangsfläche offene Aussparung (56) diese ausfüllend eingreift, und zwischen dem Fussteil und dem Kopfteil ein Arm (74) vorgesehen ist, der mit seinem Ende (76) in eine andere zur Umfangsfläche (26) des Kolbens offene Aussparung (90) diese ausfüllend eingreift, wobei die eine Elektrode (80) in jedem keramischen Körper (68) sich durch den Schaft (69) erstreckt und ihrem einen Ende (83) elektrische Zündimpulse zugeleitet werden, während ihr anderes Ende (84) aus dem Kopfteil (71) tretend über die Umfangswand

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   des Kolbens ragt, und eine zweite Elektrode (81) sich durch den Arm (74) erstreckt und ihr eines Ende (86) mit dem einen Ende (84) der ersten Elektrode eine Funkenstrecke bildet, während ihr'anderes Ende (88) aus dem keramischen Körper ragt, und eine dritte Elektrode (82) in jedem keramischen Körper mit ihrem einen Ende (94) über den Kolben an Masse liegt und mit ihrem anderen Ende (96) aus dem keramischen Körper ragend mit dem anderen Ende (88) der zweiten Elektrode eine Funkenstrecke bildet.

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