DE2622592A1

DE2622592A1 - Kreiskolbenmotor

Info

Publication number: DE2622592A1
Application number: DE19762622592
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Ishikawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-06-02
Filing date: 1976-05-20
Publication date: 1976-12-16
Also published as: US4102616A; FR2313559A1; FR2313559B1; JPS51154603U; GB1509987A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DiPU-ING,

H. KINKELDEY

□R-INGl

OR-lNG-Aeült

K. SCHUMANN

DR RER NAT. · DlPL-PHYS

P. H. JAKOB

DlPL-ING.

G. BEZOLD

DR RERNAT· OFL-CHEM.

MÜNCHEN E. K. WEIL

LINDAU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

20. Mai 1976 P 10

Nissan Motor Company, Limited

No. 2, Takara-machi, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan

Kreiskolbenmotor

Die Erfindung betrifft einen Kreiskolbenmotor sowie dessen Rotor und insbesondere Maßnahmen, die für eine zuverlässige Verbrennung sorgen und den Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe im an die Umgebung abgegebenen Abgas vermindern.

Der Arbeits- bzw. Brennraum eines epitrochoidischen Kreiskolbenmotors hat eine Länge in Axialrichtung, die durch den Abstand der Seitenwände bestimmt ist, zwischen denen sich der Rotor dreht. Das Volumen des Brennraumes wird durch zyklische Änderung des Abstandes zwischen der

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Arbeitsfläche des Rotors und der Innenfläche der Umfangswand verändert. Dies bedeutet, daß der Brennraum in einer in Achsrichtung verlaufenden Ebene einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat und daß zu gewissen Zeitpunkten des Arbeitsspiels dieser rechteckige Querschnitt im Verhältnis zur Länge sehr schmal wird, wobei jedoch der Brennraum in Umfangsrichtung erhebliche Länge hat. Es wird daher ein Brennraumbereich erzeugt, in dem die Oberfläche der Brennraumbegrenzung sehr groß im Verhältnis zum Volumen dieses Brennraumbereichs ist, so daß sich örtlich eine Löschzone ergibt, d.h. eine Zone, in der die Gefahr des Erlöschens der Zündflamme besteht.

Ein derartiger Brennraumbereich bildet sich besonders im hinteren Teil des Brennraumes kurz nach Einleitung der Zündung aus. Zu diesem Zeitpunkt des Arbeitsspiels wandert die Flammenfront kaum rückwärts zum hinteren Bereich des Brennraumes entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotors, so daß die Gefahr besteht, daß die Wandoberflächen die Verbrennung in diesem Bereich löschen. Folge dieser Löschung ist, daß der unverdampfte Kraftstoff im hinteren Kammerbereich unter die Verbrennungstemperatur abgekühlt wird oder daß der Kraftstoff kondensiert und sich auf den Wänden niederschlägt, wonach er dann von den Dichtungen abgestreift wird und schließlich unverbrannt mit dem Abgas ausgestoßen wird.

Die besonders fläche Ausbildung des Brennraumes in dieser Löschzone wird durch die notwendige epitrochoidische Form der Wand des Umfangsgehäuses und dadurch hervorgerufen, daß der hintere Abschnitt der Arbeitsfläche des Rotors sich einer zur Gehäusewand parallelen Lage nähert, bevor er den Umkehrpunkt der Epitrochoide unmittelbar nach Einleitung der Verbrennung überstreicht und während sich noch eine beträchtliche Menge ungezündecen Kraftstoffgemischs

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im Brennraum befindet.

Mit der Erfindung wird diese Schwierigkeit durch Abwandlung der Kühleinrichtungen im Inneren des Rotors in den Bereichen der hinteren Kanten in der Weise behoben, daß in diesen Bereichen der Wärmedurchgang vom hinteren Kammerabschnitt zur Kühlflüssigkeit vermindert wird. Auf diese Weise wird der Kraftstoff im hinteren Kammerabschnitt so stark verdampft, daß die Verbrennung in diesem Bereich nicht gelöscht oder erschwert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen epitrochoidischen Kreiskolbenmotor zu schaffen, der einen höheren Verbrennungswirkungsgrad hat.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Verminderung des Anteils an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas eines epitrochoidischen Kreiskolbenmotors.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine möglichst vollständige Verbrennung im hinteren Bereich des Arbeitsraumes eines epitrochoidischen Kreiskolbenmotors zu erreichen.

Ein wiederum weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Rotors, der eine im Hinblick auf den Wirkungsgrad des Motors verbesserte Kühleinrichtung hat.

Die genannte Aufgabe wird bei einem Kreiskolbenmotor erfindungsgemäß gelöst durch ein äußeres Gehäuse mit zwei Abstand voneinander aufweisenden Seitenwänden, einer Umfangswand zwischen den Seitenwänden und einer von diesen Wänden begrenzten Kammer mit einer Achse, in deren Richtung die Seitenwände Abstand voneinander haben, wobei die Innenfläche der Umfangswand im wesentlichen ein Profil in Form

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einer Epitrochoide mit mehreren Zweigen hat, eine koaxial zur Kammer im äußeren Gehäuse durch die Seitenwände verlaufende Welle mit einem in der Kammer angeordneten exzentrischen Abschnitt, einen auf dem exzentrischen Abschnitt in der Kammer drehbar gelagerten Rotor, der ein im wesentlichen mehreckiges Profil mit mehreren Eckbereichen und mehreren Arbeitsflächen aufweist, von denen sich jede zwischen zwei benachbarten Eckbereichen erstreckt und die in Axialrichtung von den Seitenflächen des Rotors begrenzt werden, wobei die Arbeitsflächen gemeinsam mit dem äußeren Gehäuse mehrere Arbeitsräume mit variablen Volumina bilden und jede Arbeitsfläche einen in Drehrichtung des Rotors liegenden vorderen Abschnitt und einen dazu entgegengesetzt liegenden hinteren Abschnitt aufweist, und zumindest ein Abteil im Bereich des hinteren Abschnitts jeder Arbeitsfläche, das die Kühlwirkung einer Kühlflüssigkeit auf den hinteren Abschnitt vermindert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen epitrochoidischen Kreiskolbenmotor;

Fig. 2 eine Seitenansicht, zur Hälfte im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Rotors;und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung gemäß III-III in Fig. 2.

Zunächst wird auf Fig. 1 eingegangen. Darin ist ein Mittel- bzw. Umfangsgehäuse 10 mit einer Lauf- bzw. Innenfläche 14 erkennbar, die im Prinzip ein Profil im Form einer Eptrochoide mit zwei Zweigen hat. Im Umfangsgehäuse befinden sich eine Einlaßöffnung 16 und eine Auslaßöffnung 18. Das

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äußere Gehäuse wird von Saitenwänden 20, von denen lediglich eine dargestellt ist, vervollständigt. Durch die Seitenwände verläuft auf der Achse des äußeren Gehäuses eine Welle 22, die in der vom äußeren Gehäuse umgebenen Kammer einen exzentrischen Abschnitt bzw. Exzenter 24 trägt, auf dem drehbar ein grundsätzlich mehreckiger Rotor 26 gelagert ist, der parallele Seitenflächen und drei Eckbereiche 28, 30 und 32 hat,wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Eckbereichen eine konvex gekrümmte Arbeitsfläche 34a bzw. 34b bzw. 34c verläuft.

Der Rotor 26 hat in Axialrichtung ein Profil, das der inneren Einhüllenden des epitrochoidxschen Gehäuses angenähert ist, mit dem der Rotor zusammenwirkt. In jeder¹ Arbeitsfläche des Rotors ist eine rinnenförmige Ausnehmung ausgebildet, die dazu dient, die Gase am Umkehrpunkt der Epitrochoide vorbeizuführen. An jeder Kante des Rotors sitz in einer Nut 36 eine Kantendichtung 35, die dichtend über die epitrochoidische Innenfläche gleiten kann. Die Kantendichtungen bzw. Kanten trennen Arbeitsräume A, B und C mit variablen Volumina voneinander, die vom äußeren Gehäuse und dem Rotor begrenzt werden. Eine Zündkerze 38 ist schematisch durch einen Pfeil angedeutet.

Zu dem in Fig. 1 dargestellten Zeitpunkt wird in den Arbeitsraum A eingesaugt, aus dem Arbeitsraum C ausgestoßen und im Arbeitsraum B eine Verbrennung mit zugehöriger Expansion durchgeführt. In jedem Arbeitsraum erfolgt die Zündung normalerweise,, kurz bevor die entsprechende Arbeitsfläche des Rotors den Totpunkt erreicht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, hat sich der Rotor in Pfeilrichtung nach der Zündung schon etwas weitergedreht, so daß der hintere Bereich der Arbeitsfläche 34c des Rotors nahe der Kantendichtung 35 eine Lage erreicht hat, in der er annähernd

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parallel zur ümfangswand verläuft, kurz bevor die zur Kantendichtung 35 gehörende hintere Kante über deniXtkehrpunkt der Epitrochoide läuft. Zu diesem Zeitpunkt besteht im hinteren Bereich des Arbeitsraumes B eine sogenannte Löschzone.

Um den Rotor 26 zu kühlen, ist dessen Inneres in mehrere getrennte Abteile 40a und 40b unterteilt. Ein Abteil 40a befindet sich jeweils nahe jedem Eckbereich 28, 30 und 32, wogegen sich ein Abteil 40b jeweils im Bereich jeder der Arbeitsflächen 34a, 34b und 34c befindet. Die Äbteile 40a und 40b werden zur Kühlung des Rotors 26 mit einer Kühlflüssigkeit gespeist. Ferner ist im Bereich nahe dem hinteren Abschnitt aller Arbeitsflächen 34a, 34b und 34c ein Abteil vorgesehen. Das Abteil 42 wird nicht mit Kühlflüssigkeit gespeist und ist an den Seitenflächen des Rotors 26 offen, damit durchgeblasenes Gas durch das Abteil 42 strömen kann. Das Abteil 42 vermindert die Kühlwirkung der Kühlflüssigkeit jeweils im hinteren Bereich der Arbeitsflächen, damit beispielsweise der hintere Bereich des Arbeitsraumes B höhere Temperatur behält und dadurch dort die Verdampfung unterstützt wird. Die Abmessungen der Abteile 42 werden je nach dem gewünschten Betriebsverhalten des epitrochoidischen Kreiskolbenmotors bestimmt. Die Abteile 42 können als Löcher benutzt werden, durch die Gießkerne während des Gießens des Rotors 26 abgestützt werden.

Wenn der Rotor 26 eine Stellung vor dem oberen Totpunkt erreicht und dann die Verbrennung im Arbeitsraum B eingeleitet wird, erfolgt die Verbrennung im vorderen Bereich des.Arbeitsraumes. Die Flammenfront wandert nach vorne, während der hintere Arbeitsraumbereich immer enger wird, da das Gemisch nach vorne strömt. Diese Strömung des Gemischs hört während des Expansionstaktes auf, so daß dann der hintere Kammerbereich der Flammenfront ausgesetzt

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ist. Der Gemischanheil im hinteren Kammerbereich kann sofort abbrennen, da der hintere Kammerbereich aufgrund des Abteils 42 auf erhöhter Temperatur gehalten wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß sowohl eine bessere Kraftstoffausnutzung als auch eine Verminderung des Anteils unverbrannter Kohlenwasserstoffe im Abgas erreicht werden, da das in die Arbeitsräume eingespeiste Geraisch fast vollständig verbrannt wird, so daß im Abgas keine unverbrannten Bestandteile enthalten sind.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Kreiskolbenmotor, gekennzeichnet durch ein äußeres Gehäuse mit zwei Abstand voneinander aufweisenden Seitenwänden (20), einer Umfangswand (10) zwischen den Seitenwänden und einer von diesen Wänden begrenzten Kammer mit einer Achse, in deren Richtung die Seitenwände Abstand voneinander haben, wobei die Innenfläche (14) der Umfangswand im wesentlichen ein Profil in Form einer Epitrochoide mit mehreren Zweigen hat, eine koaxial zur Kammer im äußeren Gehäuse durch die Seitenwände verlaufende Welle (22) mit einem in der Kammer angeordneten exzentrischen Abschnitt (24), einen auf dem exzentrischen Abschnitt in der Kammer drehbar gelagerten Rotor (26), der ein im wesentlichen mehreckiges Profil mit mehreren Eckbereichen (28, 30, 32) und mehreren Arbeitsflächen (34a, 34b, 34c) aufweist, von denen sich jede zwischen zwei benachbarten Eckbereichen erstreckt und die in Axialrichtung von den Seitenflächen des Rotors begrenzt werden, wobei die Arbeitsflächen gemeinsam mit dem äußeren Gehäuse mehrere Arbeitsräume (A_r B, C) mit variablen Volumina bilden und jede Arbeitsfläche einen in Drehrichtung des Rotors liegenden vorderen Abschnitt und einen dazu entgegengesetzt liegenden hinteren Abschnitt aufweist, und zumindest ein Abteil (42) im Bereich des hinteren Abschnitts jeder,Arbeitsfläche, das die Kühlwirkung einer Kühlflüssigkeit auf den hinteren Abschnitt vermindert.
2. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Abteile (42) in den Seitenflächen des Rotors (26) offen ist.

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