DE2334692A1

DE2334692A1 - Drehkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2334692A1
Application number: DE19732334692
Authority: DE
Inventors: David Geza Kokochak; Ralph Royce Tredway
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1972-08-09
Filing date: 1973-07-05
Publication date: 1974-02-21
Also published as: US3766893A; GB1390305A; JPS4958206A

Description

Pat3ntanwaH "^

pipWnq. K.Wofthei-

ι sERLiNit .y 2334692

Büiivaraliee 9

TaI. S04 4285 5 . Juli 1 973

W-w-2968

' General Motors Corporation, Detroit, Michigan, Y₀St₀A.

Drehkolben-Brennkraftmas chine

Bei den Ausgangspunkt der Erfindung gemäss dem G-attungs- j

"begriff des Anspruchs 1 bildenden Drehkolben-Brennkraftmaschinen I

j werden die Zündlöcher von den Kantendichtungen des Drehkolbens '

überlaufen, und da diese Dichtungen im wesentlichen in Linien-

berührung mit der Umfangsfläche des Gehäuses stehen, ergibt sich; eine Verbindung zwischen benachbarten Arbeitsräumen, durch die j Gasverluste eintreten, so dass Leistungsverluste in Kauf zu neh— j men sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Drehkolben— \ Brennkraftmaschinen der eingangs erwähnten Art so weiter auszu« ; gestalten, dass ein derartiger Gasverlust verhindert wird und I dadurch ausserdem eine günstigere Lage der Zündkerzen zur 7er- ι

besserung der Verbrennung wählbar ist«,

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 im Kennseichen! angeführten M_erkmale gelöst«, Es werden hierdurch die Zündlöcher
im kritischen Bereich einwandfrei verschlossene Ferner bestehen ι für die Anordnung der Zündkerzen keinerlei Beschränkungen, wie ! dies bei bekannten Bauarten der Pail ist, bei denen der Bereich ; grosser Druckgefälle zwischen benachbarten Arbeitsräumen gemieden

werden muss. :

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der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprächen.'

Vorteilhafte "bauliche Ausgestaltungen des Gegenstands ! der Erfi

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele von Drehkolben-Brennkraftmaschinen nach der Erfindung dargestellte In den Zeichnungen sind

Figo 1 ein Teilschnitt durch eine Drehkolben-Brennkraftmaschine mit einer ersten Ausführungsform der Zündkerzenanordnung,

Fig. 2 ein Teilschnitt nach der Linie 2-2 in Pig. 1, Fig» 3 ein Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform,

Mg₀ 4 ein ^eilschnitt durch eine dritte Ausführungsform und
Fig. 5 ein Teilschnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 4.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Drehkolbenmaschine 10 ist vom Wankel—Typ und weist ein feststehendes Gehäuse auf, in dem ein Hohlraum 11 zur Aufnahme eines Drehkolbena gebildet ist. Das Gehäuse 14 enthält hierzu eine innere Umfangsflache 12, während stirnseitige Deckel 16 Seitenwände 15 aufweisen, die in Abstand voneinander einander gegenüberliegen. Das Gehäuse 14 ist mit den Deckeln 16 durch Schraubbolzen 18 verbunden. Die Umfangswand 12 hat die Form einer zweiflügligen Epitrochoide oder einer zu dieser parallelen Kurve, deren Mittel— ! punkt 19 im Schnittpunkt der grossen mit der kleinen Achse

liegt. Durch den Hohlraum 11 erstreckt sich eine Ausgangswelle' 20, die drehbar in den Deckeln 16 in einer durch dem Mittel- \

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punkt 19 gehenden, senkrecht zu den Seitenwänden stehenden Achse gelagert ist, also parallel zur Umfangsflache 12 verläuft.

Innerhalb des Hohlraums 11 trägt die Ausgangswelle 20 einen Exzenter 21 zur drehbaren Aufnahme eines D_rehkolbens 22, der koaxial zur Achse 24 cles Exzenters angeordnet ist. Der Drehkolben hat im wesentlichen dreieckigen Querschnitt und weist Seitenflächen 25 neben den Seitenwänden 15 des Gehäuses und drei konvex gekrümmte Umfangsflächen 26 auf, die mit der umfangsflache 12 zusammenarbeiten. Es werden hierdurch drei Arbeitsräume 28 begrenzt, die beim Umlauf des Arehkolbens ²² ein veränderliches Volumen annehmen, An jeder Kante des Dreh— ■ kolbens 22 ist eine Kantendichtung 29 vorgesehen, die sich ! zwischen den Seitenflächen 25 erstrecken; zwischen benachbarten Eantendichtungen 29 sind bogenförmige ^eitendichtungen 30 in \ den Seitenflächen angeordnet, die gegen die Seitenwände 15 anliegen; und zwischen den Kanten- und Seitendichtungen sind in den Ecken zylindrische Eckdichtungen 3t vorgesehen, die in Sacklöchern der Seitenflächen 25 des Drehkolbens sitzen und die Ecken gegen die Seitenwände 25 anliegend abdichten,,

Die Kantendichtungen 29 werden durch nicht dargestellte federn in Anlage gegen die Umfangsflache 12 gehalten, während die S_eitendichtungen 30, wie die Eckdiichtungen 31 durch nicht dargestellte Federn gegen die Seitenwände 15 des Gehäuses gehalten sind_e Durch diese Dichtungen sind die Arbeitsräume 28 gegeneinander abgedichtete Durch die zweiflüglige Umfangsflache 12 und den dreieckigen Drehkolben 22 werden

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bei jeder Umdrehung eines Arbeitsraumee 28 in diesem vier Takte,; nämlich Ansaugen, Verdichten, Expandieren und Auspuff bewirkt, I wenn der Drehkolben 22 mit ein Drittel der Drehzahl der AusgangEjwelle 20 umläuft_o Dies wird durch ein ^etriebe erzwungen, das

aus einem innenverzahnten Zahnrad 32 besteht, das konzentrisch
i

zum Drehkolben mit diesem verbunden ist und mit einem aussen— ^! i

verzahnten Zahnrad kämmt, das konzentrisch die Ausgangswelle

20 umgebend mit dem einen Deckel 16 des Gehäuses verbunden ist· , Das Zahnrad 32 hat 1,5 mal so viel Zähne wie das Zahnrad 33 \

so dass sich das gewünschte Verhältnis von 3?1 zwischen den
Drehzahlen der Ausgangswelle 20 und des Drehkolbens 22 ergibt, \ Ein Brennstoff—Luftgemisch wird von einem nicht darge— j stellten Vergaser über einen Einlasskanal 34 den Arbeitsräumen i 28 zugeleitet. Der Einlasskanal 34 ist gegabelt und führt zu
einander gegenüber liegenden Einlassöffnungen 35 in den Seitenwänden 15, die auf der einen Seite der einen Einschnürung 36 [

der Umfangswand 12 des Gehäuses liegen. Die Abgase werden aus

3?/
jedem Arbeitsraum 28 über Auslassöffnungen/in der Umfangsflache 12 auf der anderen Seite der Einschnürung 36 abgeleitet· In der ,

Mitte jeder Umfangsflache 26 des Drehkolbens 22 ist eine Aus- ■ sparung 38 gebildet, damit im Bereich der Totpunktlage dieser ;

Umfangsfläche der Arbeitsraum im Bereich der anderen Einschnü— ·

rung 39 der U_mfangsflache 12 nicht unterteilt wird, aleo ein , G-asdurchstrom möglich bleibt, wenn die Verbrennung erfolgt. In

Fig.1 ist dies auf der linken Seite in vollen linien gezeichnet·!

Ringförmige an den Seltenflächen 25 des Drehkolbens 22
sitzende öldichtungen 40 sind radial einwärts der Seitendich-

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tungen 30 und radial auswärts des Zahnrades 32 vorgesehen ι

und liegen gegen die Seitenwände 15 an, um Öl radial einwärts [

dieser Öldichtungen zu halten., ;

Die bisher beschriebene Ausbildung ist die übliche Bauart, bei der die drei Arbeitsräume während eines Umlaufs

die vier Arbeitstakte ausführen, so dass bei jedem Umlauf |

des Drehkolbens drei Leistung liefernde Takte auftreten. Bei j

Umlauf des Drehkolbens 22 in Richtung des Pfeiles in Pig. 1 erhalten die Arbeitsräume 28 aufeinanderfolgend Gemisch über die Einlassöffnungen 35 zugeteilt, wenn die Seitendichtungen 30 diese freilegen. Nach dem Abschluss des Arbeitsraums durch die nachlaufende Seitesdichtung wird unter Verringerung des Volumens die eingeschossene Ladung verdichtet, worauf am En« de der Verdichtung die Zündung erfolgt. Üblicherweise werden ein oder zwei Zündkerzen im Gehäuse in Zündlächern angeordnet, die über Öffnungen in der Umfangsflache 12 des Gehäuses mit den Arbeitsräumen in Verbindung stehen. Bei Anordnung nur einer Zündkerze wird diese normalerweise auf der vorlaufenden Seite der Einschnürung 39 des Umfangsflache 12, also im allgemeinen der Auslassöffnung gegenüber! bei Anordnung aweier Zündkerzen liegen diese auf der vorlaufenden und der nachlaufenden Seite der Einschnürung 39. In jedem Falle besteht eine Verbindung zwischen den Zündlöchern und dem jeweiligen Arbeitsraum im Augenblick der Zündung..Die folgende Verbrennung und Expansion bedingt durch die Abstützung der Reaktionskraft an der Umfangsflache 12 ein Drehen de· Drehkolbens. Überläuft die vorlaufende Kantendichtung 29 den Auslasskanal 37 so er-

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folgt das das Arbeitsspiel beendende Auspuifen der Abgase. Wie bereits erwähnt können Gasleciagen zwischen benachbarten Arbeitsräumen 28 im Bereich der Zündlöcher eintreten, wenn diese von den Kantendichtungen überlaufen werden.

Bei der AusfUhrungsform nach Pig. 1 und 2 sind zwei -Zündkerzen 41 und 42 in Haltern 44 baw.(f6 angeordnet, die in den einen Deekel 16 des Gehäuses eingeschraubt sind« Ihre Elektroden liegen hierbei in Zündlöchern 52 bzw. 54» die Verbindung mit dem Hohlraum 11 haben* Die Zündkerzen 41 und 42 und die ihnen zugeordneten Zündlöcher 52 und 54 liegen beiderseits der Einschnürung 39 der Umfangsfläohe 12, so dass die Zündkerze 42 die vorlaufende Zündkerze ist. Die Zündlöcher 52 und 54 liegen radial auswärts der Bewegungsbahn der Seiten« dichtungen 30 und völlig in der Bewegungsbabn der Eckdichtungen 31, die also die Zündlöcher beim Umlauf dee Drehkolbens 22 überlaufen· Da der Querschnitt der Zündlöcher 52 und 54 i

kleiner als der der Eekdichtungen 31 ist, verschliessen letzte-· re die Zündlöeher, wenn die Kantendichtungen 29 diesen Bereich überlaufen, wie diea in fig. 1 in gestrichelten Linien angedeutet ist· Hierdurch ist ein Gaeübertritt zur benachbarten \ Arbeitsraum 28 unterbunden. Damit die Zündlöcher 52 und 54 j nicht durch die Seitenflächen 25 blockiert sind, ist in die- I sen eine Aussparung 56 radial auswärts der zugeordneten Seiten-} dichtung 30 vorgesehen (Pig.2), so dass' im Bereich der Totpunkt lage des Drehkolbens die volle Verbindung mit den Zündkerzen besteht. Die Arbeiteräume werden hierdurch periodisch mit den lündlBohern verbunden, um die Zündung zn bewirken, während die

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j - Eckdichtungen 31 die Verbindung zwischen den Zündlöchern

52 und 54 zu dem benachbarten Arbeitsraum 28 versperren. ι Bei der Bauform nach Pig* 3 ist eine andere Anordnung der Zündkerzen gewählt» GKLeiche Teile haben gleiche Bezugszel— chen mit einem Beistrich erhaltene Bei dieser Ausbildung liegen die Zündlöcher 52^f und 54' radial weiter auswärts, als bei der ersten Bauform, also näher zur Umfangsflache 12*, so dass sie nicht in der Bewegungsbahn der Eckdichtungen 31'» sindern in der der Kantendichtungen 29' liegen, wobei ihr

Querschnitt geringer gewählt ist als der Querschnitt der Kantendichtungen 29', die somit beim Überlaufen die Zündlöcher völlig absperren können, wie dies in gestrichelten Linien in Figo 3 da_rgestellt ist. Die Trennung benachbarter Arbeitsräu-

, me 28 voneinander wird hier also von den Kantenidichtungen bewirkt c

' Bei der in Pig. 4 und 5 dargestellten dritten Bauform

^; sind für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen mit einem Doppelbeistrich verwendet. Bei dieser Bauform ist nur eine Zündkerze 41" vorgesehen, deren Zündloch 52" in der einen Seitenwand 15" auf der vorlaufenden Seite der Einschnürung 39" radial weiter einwärts als das Zündloch 52 der ersten Bauform liegt. Es wird somit von einer Seitendichtung 30" überlaufen, jedoch weder von den Eckdichtungen 31" nooh von den Kantendichtungen 29". Das Zündloch 52" kann durch drei Kanäle 60 im Drehkolben 22" mit den Arbeitsräumen 28" verbunden werden. Jeder Kanal 60 hat eine Mündung zur Aussparung 38^W Jlder zugeordneter Umfangsfläche des Drehkolbens und erstreckt sich radial ein-

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- 8 - wärts nahe der nachlaufenden Kante

des Drehkorbens axial durch dessen Seitenfläche 25",mit einer ; Öffnung 62 in den Seiteaflache. Die Öffnungen 62 liegen radial! einwärts der Eckdichtungen 31" um den gleichen Betrag wie das ; Zündloch 52". Befindet sich die zugeordnete Umfangsflache 26"

j dee Drehkorbens in der Totpunktlage, wie in Figo 4 links dar- ' gestellt, so fluchtet das Zündloch 52" mit der Öffnung 62, j sodass die zur Zündung erforderliche Verbindung "besteht, während in allen anderen Stellungen ein Abschluss durch die Sei-' teuflache 25" radial einwärts der Gasdichtungen die öffnung : 62 versperrt ist» An der einen Seitenfläche 25" des Drehkolbens 22" ist bei j&er Öffnung 62 eine diese umgebende nachgiebige Gasdichtung 64 vorgesehen, die gegen die benachbarte Seitenwand 15" des Gnäuses abdichtend anliegt, so dass an dieser Stelle Gasverluste vermieden sind« Ein Gasverlust zwischen benachbarten Arbeitsräumen ist bei dieser Bauform also auch

im*

bei in den Seitenwänden vorgesehen Zündlöchern der Zündkerzen verhinderte

Bei allen Ausführungsformen werden die Arbeitsräume aufeinanderfolgend an der einen Seitenfläche des Drehkolbens mit Zündlöchern der Zündkerzen verbunden, wobei gleichzeitig _: eine Verbindung dieser Zündlöcher mit dem benachbarten Arbeitsraum durch Dichtungen in dieser Seitenfläche des Drehkolbens versperrt wird_e

Bei Verwendung nur einer Zündkerze kann die Anordnung des Zündlochs so gewählt werden, dass dessen Abschluss entweder von den Eckdichtungen oder von den Kantendichtungen bewirkt wird. Da erfahrungsgemäßs bei den bekannten Bauarten

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wegen der im Bereich der nachlaufenden Kantendichttmg herrschenden maximalen Druckdifferenz zwischen benachbarten Ar— beitsräumen und der nicht verhinderten Gasleclrage in diesem Bereich durch Zündlöcher eine Anordnung in diesem Bereich zu vermeiden ist, obwohl dies für die gute Verbrennung nützlich wäre, stellt die Erfindung eine vorteilhafte Lösung in dieser Beziehung dar, da die bessere Verbrennung nicht mit einem !"eistungsverlust wegen der Gasleckagen erkauft werden muss.

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Claims

- ίο -

Patentansprüche :

(T^Drehkolben-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse mit einer mehrflügligen inneren Umfangswand und zwei in Abstand voneinander liegenden Seitenwänden, einer im Gehäuse gelagerten Ausgangswelle mit einem im Gehäuse liegenden Exzenter zur drehbaren Aufnahme eines Drehkolbens, der mit mehreren Umfangs-r flächen mit der Umfangswand des Gehäuses und mit Seitenflächen mit den Seitenwänden des Gehäuses zusammenarbeitend mehrere in Umfangsrichtung hintereinander liegende Arbeitsräume bildet, die mit dem Drehkolben umlaufend ein veränderliches Volumen haben, und der Drehkolben Dichtungen zwischen den Arbeitsräumen trägt; und in einer Seitenwand des Gehäuses eine Einlassöffnung und in einer der Gehäusewände eine Auslassöffnung vorgesehen sind, die von Gasdichtungen des Drehkolbens periodisch geöffnet werden, und im Gehäuse Zündkerzen zugeordnete Zündlöcher vorgesehen sind, die periodisch mit den Arbeitsräumen verbunden werde,d adurch gekennzeichnet, dass die Zündlöcher (52,54} 52', 54';52") in einer der Seitenwände (15| 15¹J 15") des Gehäuses gegenüber den benachbarten Seitenflächen (25? 25'; 25^M) des Drehkolbens (22j 22»; 22") so angeordnet sind, dass die Gas dichtungen des Drehkolbens eine^! Verbindung benachbarter Arbeitsräume (28; 28'; 28") über die j Zündlöcher verhindern,
2. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der die Gaadichtungen aus Kantendiohtungen, die zwischen den Seitenflächen des Drehkolbens liegen und mit der Umfangsfläche

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des Gehäuses zusammenarbeiten, aus Seitendichtungen in den Seitenflächen des Drehkolbens zwischen "benachbarten Kantendichtungen und aus Eckdichtungen zwischen den Kanten- und Seitendichtungen "bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündlöcher (52,54) durch eine Eckdichtung (31) periodisch verschlossen wird, wenn die zugeordnete Kantendichtung (29) den Bereich des Zündlochs überläuft. (Figo 1und 2).
3. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der die Gasdichtungen aus Kantendichtungen, die zwischen den Seitenflächen des Drehkolbens liegen und mit der Umfangsfläche des Gehäuses zusammenarbeiten, aus Seitendichtungen in den Seitenflächen des Drehkolbens zwischen benachbarten Kanten— dichtungen und aus Eckdichtungen zwischen den Kanten- und Sei— tendichtungen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündlöcher (52',54·) von einer Kantendichtung (29') verschlossen : werden, wenn sie von dieser überlaufen werden» (3?ig_e3)· ;

4* Drehkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der die Gasdichtungen aus Kantendichtungen, die zwischen den Seitenflächen des Drehkolbens liegen und mit der Umfangsfläche des Gehäuses zusammenarbeiten, aus Seitendichtungen in den ; Seitenflächen des Drehkolbens zwischen benachbartem Kantendichtungen und aus Eckdichtungen zwischen den Kanten- und Sei— tendichtungen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkolben (22") mit je einem der Arbeitsräume (28") in Verbindung

stehenden Kanälen (60) versehen ist, und jeder Kanal in je ei- \ ner Seitenfläche (25") des Drehkolbens eine Öffnung (62) radial einwärts der Eckdichtungen (31") und der Seitendichtungen (30")

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aufweist, und diese Öffnung von einer gegen die banchbarte
Seitenwand (15") des Gehäuses anliegende Gasdichtung (64) um- ; geben ist, und das Zündloch (52") in der Seitenwand des Genau- ! Bes radial einwärts der Eckdichtungen und der Kantendichtungen j

i so angeordnet ist, dass es durch die letzterwähnte G-asdichtung j

(64) periodisch verschlossen wird und von dem zugeordneten ι Arbeitsraum getrennt ist. (Fig, 4 und 5). \

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