DE2338860A1

DE2338860A1 - Drehkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2338860A1
Application number: DE19732338860
Authority: DE
Inventors: Hideto Ishii; Hideki Konishi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1972-08-02
Filing date: 1973-07-31
Publication date: 1974-02-28
Also published as: US3854456A; GB1388370A; JPS5141934Y2; FR2195261A5; JPS4946109U

Description

UIPU-ING. A. GRÜNECKER

DR.-ING. H. KINKELDEY

DR.-ING. W. STOCKMAiR, Ae. E. <calif.inst.oftechn.» PATENTANWÄLTE

8000 MÖNCHEN 22 Moximiliansiraße 43 Telefon 2971 00/296744 Telegramme Monapaf Mönchen Telex 05-28380

31. Juli 1973 PH 6847

Nissan Motor Company, Ltd.

No. 2, Tskara-mächi, Kanagawa-ku,

Yokohama City, Japan

Dreh kolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolben-Brennkraftmasehine, mit einem aus in gegenseitigem Abstand angeordneten Gtirnwandungen und einer dazwischenliegenden, aus mehreren Krümmungen zusammengesetzten Umfangswand gebildeten Gehäuse und einem auf einem Exzenter einer die Stirnwandungen durchsetzenden Exzenterwelle dieser und dem Gehäuse gegenüber· drehbar angeordneten,*mabKliaatiUKan» *Drehkolben, sowie mit

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einem Einlaß- und einem Auslaßkanal im Gehäuse, welche in das Innere des Gehäuses münden und deren Öffnungen durch den Drehkolben gesteuert sind. Insbesondere betrifft die -Erfindung eine Dr.ehkolben-Brennkraftmaschine mit Einrichtungen Hum Verringern den Schadstoffgohalts in den Abgasen.

Theoretisch betrachtet hat eine Drehkolbenmaschine aufgrund des großen Oberflächen-Voluxflenverhaltniκses ungünstige Eigenschaften hinsichtlich des Ausstoßes von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in den Abgasen, und günstige Eigenschaften in bezug auf den Ausstoß von Stickoxiclcn. Im praktischen Betrieb von Drehkolbenmaschine!! hat es sich geneigt, daß es beim Ansaugen sowie während der Kompression in den in Drehrichtung jeweils hinteren Ecken der einzelnen Arbeitskammern zu einer Konzentration von i'rischgasen koiiipat, so daß insbesondere bei einer mit Vergaser arbeitenden Maschine im Teillastbetrieb ein übermäßig fettes Gemisch im Bereich der hinteren Ecken entsteht. Die in dieseia Bereich konzentrierten Frischgase können nur unter Schwierigkeiten vollständig verbrannt werden, da sie, im wesentlichen aufgrund der· Tatsache, daß sich die Berbrennungs-Flaraxnfront in der Bewegungsrichtung der Kammern vorwärtsbewegt, von der Flammfront nur unvollständig erfaßt v/erden. Dadurch entsteht in der sich jeweils zum Auslaß hin öffnenden Kairimer eine Konzentration von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid im Bereich der hinteren Ecke und somit ein erhöhter Gehalt der Abgase an diesen Schadstoffen.

Zur Verringerung des Gehalts der Abgase an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid x^urden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen. So wurde bei bekannten Kreiskolbenmaschinen ein Zusatzlufteinlaß vorgesehen, welcher an wenigstens einer günstig gelegenen Stelle wenigstens einer Stirnwand des Gehäuses, beispielsweise an der AusJaßseite zunächst der längsten Achse des Gehäuses oder in geringein Abstand vor dem Auslaß im Gehäuse ausmündet. Auch mit einer solchen Anordnung läßt sich -jedoch die

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Verbrennung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid im Bereich der hinteren Ecke der jeweils zum Auslaß hin offenen Kammer nur schwer erreichen, da ein großer Teil der zügeführten Zusatzluft direkt sura Auslaßschlitz gelangt, so daß der jeweiligen Kammer nicht genug Zusatzluft zugeführt werden kann. Erhöht man nun den Druck der Zusatzluft in dem dufür vorgesehenen Einlaß, um dem "betreffenden Bereich eine ausreichende Zusatzluftiaenge zuführen, zu können, so ergibt sich eine Verdünnung der 'Abgase in übrigen Teil der jeweiligen Kamiier und damit eine Verringerung der Abgastem-peratur, Vielehe ihrerseits die Verbrennung verhindert.

Gemäß der Erfindung ist eine Dx^ehkolben-BrennkraftKiaschine der genannten Art gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit in axial on Abs band zueinander angeordneten Stirnwandungen und einer dazwischen liegenden, mehrfach gekrümmten Umfangswand in der Grundform eines Epitrochoids an der Innenfläche, durch einen im Gehäuse angeordneten mehrkantigen Drehkolben, welcher bei seiner Drehung im Gehäuse zusammen mit diesem Arbeitskammern von variablem Volumen bildet und sich jeweils »wischen zv;ei einander benachbarten Kanten erstreckende Arbeitsflächen hat, durch einen in einem ständig von dem

Drehkolben bedeckten Bereich wenigstens einer Stirnwandung gebildeten Zusatzlufteinlaß und durch wenigstens einen im

Drehkolben gebildeten Durchlaß mit einer' Einlaßöffnung in wenigstens einer der den Zusatzlufteinlaß aufweisenden Stirnwandung des Gehäuses zugewandten Stirnseite des Drehkolbens und einer Austrittsöffnung in einer zugeordneten Arbeitskammer zunächst der hinteren" Kante der betreffenden Arbeitsfläche,wobei die Einlaßöffnung in der Stirnseite des Drehkolbens so angeordnet ist, daß sie bei jeder Umdrehung desselben einmal mit dem Zusatzlufteinlaß ströraungsverbunden ist.

Die erfindungr.gomäße Anordnung ermöglicht also die Zufuhr von ZunatzlufI: v.xm in Drehrichiaiiif: hinteren Eck- oder Kanten-L-ereicl'! 6eT jovcoilr. zura Auslaß hin offenen Kammer für die

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Verbrennung von in diesem Bereich vorhandenen unverbrannten oder unvollständig verbrannten Gasen.

'Durch entsprechende Abstimmung der Abmessungen der Einlaßöffnung des Kolbendurchlasses und des Drucks der Zusatzluft läßt sich die Zufuhr einer ausreichenden Zusatzluftmenge zum hinteren Iiantenbereich der betreffenden Kammer erzielen. Die Erfindung bietet u. A. den Vorteil, daß die - Zeitsteuerung für die Zufuhr der Zusatzluft durch den im Gehäuse umlaufenden Ereiskolben erfolgt, so daß also keine zusätzlichen Steuereinrichtungen oder Ventile notwendig
sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß für die Zufuhr der Zusatzluft über den im Gehäuse gebildeten Einlaß eine herkömmliche Zusatzluft-Zufuhreinrichtuiig ohne größere Veränderungen verwendbar ist.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Schnitt ansicht einer Drehkolben-Breiinkraftiaaschine quer zu deren Achse,

Fig. 2 eine Teil-Längsschnittansicht einer Einzelheit der Drehkolben-Brennkraftmaschine nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Teil-Vorderansicht des Drehkolbens nach
Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Badialschnittansicht einer Drehkolbenoder Epitrochoid-Brennkraftmaschine 10 mit einem Gehäuse, welches eine Umfangswandung 12 mit einer ein Epitrochoidprofil aufweisenden Innenfläche 14 und ein Paar in gegenseitigen Axialabstand angeordneter Stirnwandungen 16 aufweist. Die Umfangswandung 12 begrenzt zusammen mit den Stirnvrandungen einen mehrere Ausbuchtungen aufweisenden Hohlraum, in dessen Achse eine Exzenterwelle 18 mit einem innerhalb des Hohlraums angeordneten Exzenter 20 gelagert ist. Ein mehrkantiger Dreh kolben 22, dessen Kantenanzahl um eins höher

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ist als die Anzahl der Ausbuchtungen des Hohlraums, ist drehbar auf dem Exzenter 20 aufgesetzt. In der dargestellten Ausführung ist der Drehkolben 22 im wesentlichen dreieckig. Diese Form kann sich jedoch je nach Anzahl der Kanten ändern.. Zwischen jeweils einander benachbarten Kanten hat der

Drehkolben 22 drei Arbeitsflächen 24, 26 und 28. Bei der Drehung des Drehkolbens 22 um den Exzenter, welcher seinerseits um die Achse der Welle 18 umläuft, vergrößert und verkleinert sich das Volumen von zwischen den Arbeitsflächen und der Umfangswandung 12 des Gehäuses gebildeten Arbeitskamraern A, B und C.

An den Kanten 30 des Drehkolbens 22 sitzt jeweils eine radial "bewegliche Dichtleiste 32, welche bei der Drehung des Drehkolbens 22 dauernd an der inneren Umfangsfläehe 14 entlanggleitet. Die Drehrichtung des Drehkolbens 22 ist mit einem Pfeil D angegeben. In die Stirnseiten des Drehkolbens 22 sind im wesentlichen parallel zu den Arbeitsflächen zwischen einander benachbarten Kantenbereichen verlaufende Dichtleisten 34 eingesetzt. Die Kantenleisten und die axial beweglichen Seitendichtleisten 34 verhindern zusammen den Austausch von Gasen zwischen den Arbeitskamraern bei deren Umlauf mit dem Drehkolben.

In der Umfangswandung 12 ist ein Einlaßschlitz 36 und ein Auslaßachlitz 3? gebildet, sowie ein Paar relativ kleiner Öffnungen für den Zutritt von mittels Zündkerzen 40 erzeugten Zündfunken.

Jede der Stirnwandungen 16 des Gehäuses hat einen Bereich, welcher beim Umlauf des Drehkolbens 22 innerhalb des Gehäuses ständig von der betreffenden Seitenfläche des Drehkolbens verdeckt und durch die an dieser Seite sitzenden Dichtleinten 34 gegenüber den Arbeitskammern, abgedichtet ist. Dieser Bereich ist in "Fig. 1 durch eine gestrichelte Kurve 38 begrenzt. Ferner gibt es an den Stirnwandungen des Gehäuses einen Bereich, innerhalb dessen eine die Mittelöffnung

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betreffenden Seitenfläche des Drehkolbens umgebende, ringförmige Öldichtung umläuft. Dieser Bereich int in Pip:. durch die gestrichelte Kurve 40 begrenzt. Innerhalb eines über den .durch die Kurve 40 begrenzten Bereich hir^¹ erreichenden Teils des durch die Kurve 38 begrenzten Bereichs ist in wenigstens einer ßtirnv;andung 16 ein über eine Leitung 44 an einer Zuso.tzluft»fördereinrichtung aufgeschlossener Zusatzluftoinlaß 42 gebildet, und zwar in dem einer Zündkerze zunächst gelegenen Teil dieses Bereichs.

Für die Ströinungsverhindung zwischen dem Zusatzlufteinlaß 42 und dem in Drehrichtung hinteren Bereich de?? ,jeweils zum Auslaßschlitz 3? offenen Arbeitskammer ist im Drehkolben 22 wenigstens ein Durchlaß 46 mit einer Einlaßöffnung 48 in v/enigstens einer einer mit dem Zusatzlufteinlaß 42 versehenen Stirnwandung 16 zugewandten Seitenfläche des Drehkolbens und einer Auslaßöffnung im Bereich der hinteren Kante der betreffenden Arbeitsfläche gebildet. Vorzugsweise sind, wie in Fig. 1 gezeigt-mehrere solche Durchlässe vorhanden, von denen jeweils einer_v in den Arbeitsflächen 24, 26 und 28 ausmündet'. Die Einlaßöffnung 48 ist radial ein-• wärts der Dichtleiste 34 zunächst einer Ecke der Seitenfläche des Drehkolbens gebildet und so anreordncst, daß sie nicht mit dem Zusatziufteinlaß 42 in Ströraungsverbindung kommt, bevor die voreilende Kante der jeweiligen Arbeitsfläche den Auslaßschlitz 37 erreicht bzw. kurz vor diesem steht. Die Einlaßöffnung 48 kann jede beliebige Form haben, vorzugsweise hat sie jedoch eine der des Zusatzlufteinlasses 42 im wesentlichen entsprechende Form. Die Größe der Einlaßöffnung 48 ist in bezug auf die des Zusatzlufteinlassös 42 vorzugsweise so abgestimmt, daß die Strömungsverbindung zwischen dein Einlaß 42 und dem Durchlaß 46 solange erhalten bleibt, bis eine ausreichende Zusatzluftinenge in die jeweilige Arbeitskammer eingeströmt ist. Die einströmende Zusatzluftmenge kann auch durch entsprechende Einstellung des Drucks in der Leitung 44 gesteuert werden, ohne daß dabei die Einlaßöffnung ^J\8 übermäßig vergrößert werden müßte.

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In der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Dreh kolbens ist die .Arbeitskammer A zum Auslaß 37 hin offen, und die Einlaßöffnung 48 des in der betreffenden Kammer mündenden Durchlasses steht, dem Zusatzlufteinlaß 42 gegenüber, so daß die Zusatzluft in die Arbeitskammer A einströmt.

Fig. 2 zeigt eine Teilschnittansic3.it des Gehäuses und eines 'feiles des Drehkolbens in der in "Fig. 1 gezeigten Stellung der Einlaßöffnung 48 am Kreiskolben' in Bezug auf den Zusatzlufteinlaß 42. ■ -

Wiernan in Fig. 3 erkennt, ist in die Seitenfläche dos Drehkolbens eine die Einlaßöffnung 48 umgebende Ringdichtung eingesetzt, welche das Ausströmen von Zusatzluft verhindern soll.

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Claims

Patentansprüche:

rl Λ Drehkolben-Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10) mit in axialem Abstand zueinander angeordneten Stirnwandungen (16) und einer dazwischen liegenden, mehrfach gekrümmten Umfangswand (12) in der Grundform eines Epitrochoids an der Innenfläche, durch einen im Gehäuse angeordneten, mehrkantigen Drehkolben (22), welcher bei seiner Drehung im Gehäuse zusammen mit diesem Arbeitskammern (A, B, G) von variablem Volumen bildet und sich jeweils zwischen zwei einander benachbarten Kanten (32) erstreckende Arbeitsflächen (24, 26, 28) hat, durch einen in einem ständig von dem Drehkolben bedeckten Bereich (38) wenigstens einer Stirnwandung gebildeten Zusatzlufteinlaß (42) und durch wenigstens einen im Drehkolben gebildeten Durchlaß mit einer Einlaßöffnung (48) in wenigstens einer der den Zusatzlufteinlaß aufweisenden Stirnwandung des Gehäuses zugewandten Stirnseite des Kolbens und einer Austrittsöffnung (50) zunächst der Hinterkante der betreffenden Arbeitsfläche, wobei die Einlaßöffnung in der Stirnseite des Drehkolbens so angeordnet ist, daß sie bei jeder Umdrehung desselben einmal mit dem Zusatzlufteinlaß strömungsverbunden ist.
2. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (48) in der Stirnseite des Dreh kolbens (22) so angeordnet ist, daß sie zu Beginn der Auspuffphase der ihr zugeordneten Arbeitskammer (A, B, C) mit dem Zusatzlufteinlaß (42) stroniungsverbunden ist.
3. Drehkolben-Breiinkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der den Zu sat ζ luft einlaß (42) auf v/eisenden Stirnwendung (16) und der die Einlaßöffnung (48) aufweisenden Stirnseite des

Drehkolbens (22) eine die Einlaßöffnung umgebende Ringdichtung (52) eingesetzt ist.

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4. Drehkolben-Brennkraftniaschine nach wenigstens einem der Ansprüche T bis 5, dadurch gekennz eichnet, daß zwischen der die Einlaßöffnung· (48) aufweisenden Stirnseite des Drehkorbens (22) und der den Zusaltzlufteinlaß (42) aufweisenden Stirnwandung (16) des Gehäuses (10) eine Dichtungsanordnung (34) vorhanden und derart in die Stirnseite des Drehkolbens eingesetzt ist, daß der Zusatzlufteinlaß ständig gegenüber den Arbeitskaininern (A, B, G) abgedichtet ist.
5. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (48) eine größere Fläche hat als der Zusatzlufteinlaß (42).

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