DE2659067A1

DE2659067A1 - Rotationskolbenmotor

Info

Publication number: DE2659067A1
Application number: DE19762659067
Authority: DE
Inventors: Katsuaki Kikura; Hiroshi Nomura; Kiyohiro Takeda
Original assignee: Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1975-12-27
Filing date: 1976-12-27
Publication date: 1977-07-07
Also published as: DE2659067B2; DE2659067C3; US4116190A

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor, insbesondere einen Rotationskolbenmotor mit einer Einrichtung zum Abziehen von verdichtetem Gas aus Arbeitsräumen während des Betriebes des Motors im Leerlauf und im unteren Lastbereich.

Das Gehäuse von üblichen Rotationskolbenmotoren besitzt einen mittleren Gehäuseteil mit einer trochoidenförmigen Innenwandung und zwei Gehäuse-Seitenteile, die mit entgegengesetzten Seiten des mittleren Gehäuseteils gasdicht verbunden sind, so daß in dem Gehäuse ein trochoidenförmiger Hohlraum vorhanden ist, in dem ein im wesentlichen polygonaler Rotationskolben angeordnet ist, dessen Scheitelteile mit der Innenwandung des mittleren Gehäuseteils in Gleitberührung stehen, so daß zwischen der Innenwandung des mittleren Gehäuseteils und Flanken des Rotationskolbens Arbeitsräume vorhanden sind und bei rotierendem Rotationskolben jeder dieser Arbeitsräume längs der Innenwandung des mittleren Gehäuseteils verschoben und dabei das Volumen jedes Arbeitsraums zur Durchführung eines Einlaß-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausschiebehubes

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verändert wird. Das Gehäuse ist mit mindestens einer Einlaßöffnung ausgebildet, die in den im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum mündet, so daß in diesen Arbeitsraum Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch eintritt. Ferner ist das Gehäuse mit einer Auslaßöffnung ausgebildet, die mit dem im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht.

In derartigen Rotationskolbenmotoren kommt es vor, daß eine gewisse Menge Verbrennungsgas in den im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum tritt und das in diesem enthaltene Kraftstoff-Luft-Gemisch verdünnt. Diese Verdünnung des Kraftstoff-Luft-Gemisches führt oft zu Fehlzündungen und möglicherweise zu einem rauhen Lauf des Motors. Der genannte übertritt von Verbrennungsgas ist vor allem darauf zurückzuführen, daß das Verbrennungsgas aus dem im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum nicht vollständig durch die Auslaßöffnung herausgeschoben wird, so daß sich am Ende des Ausschiebehubes in diesem Arbeitsraum noch ein Verbrennungsgasrest befindet, der von dem rotierenden Rotationskolben in den Bereich mitgenommen wird, in dem der Einlaßhub durchgeführt wird. In diesem Bereich wird der Verbrennungsgasrückstand der durch die Einlaßöffnung in den im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum eintretendeen Luft oder dem Kraftstoff-Luft-Gemisch beigemischt.

In den in Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum kann Verbrennungsgas auch gelangen, indem es an der Auslaßöffnung überströmt. Im Betrieb eines derartigen Rotationskolbenmotors gibt es einen sogenannten Überschneidungszeitraum, in dem ein Arbeitsraum sowohl mit der Einlaß- als auch mit der Auslaßöffnung in Verbindung steht. Es ist bekannt, daß in diesem Überschneidungszeitraum das in der Auslaßöffnung befindliche Ver- - brennungsgas aus der Auslaßöffnung in den im Einlaßzu-

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stand befindlichen Arbeitsraum strömen kann.

Die absolute Menge des auf diese Weise in den im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum tibertretenden Verbrennungsgases wird durch eine Veränderung des Füllgrades des Motors nicht wesentlich verändert, so daß der Restgasanteil, d.h. das Verhältnis der Übertretenden Verbrennungsgasmenge zu der Gesamtmenge des eintretenden Gases bei einer Abnahme des Füllgrades dieser Abnahme proportional zunimmt. Andererseits nimmt der höchstzulässige Restgasanteil, d.h. der höchste Restgasanteil, bei dem weniger als zehn Fehlzündungen pro Minute auftreten, bei einer Abnahme des Füllgrades ab und nimmt er bei einer Abnahme des Füllgrades unter einen bestimmten Wert sehr stark ab.

Bei einem Füllgrad unter einem bestimmten Wert ist daher der Restgasanteil unzulässig hoch, so daß viel mehr Fehlzündungen auftreten und unter besonders ungünstigen Bedingungen der Motor stehenbleiben kann. Es ist gefordert worden, diese Schwierigkeiten dadurch zu verhindern, daß man im Betrieb einen so hohen Füllgrad aufrechterhält, daß ein unzulässig hoher Restgasanteil nicht auftreten kann.

Nun ist der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren insbesondere durch Erzielung einer höheren Gasdichte und niedrigerer Reibungswiderstände so verbessert worden, daß die Forderungen hinsichtlich des Füllgrades während des Leerlaufs des Motors weniger anstrengend geworden sind. Der Füllgrad des Motors muß im Leerlauf aber immer noch sehr hoch sein, wenn Fehlzündungen vermieden werden sollen.

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Aus diesem Grunde ist schon vorgeschlagen worden, während des Betriebes des Motors im Leerlauf und im unteren Lastbereich einen Teil des verdichteten Gases aus dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum abzusaugen, so daß während des Einlaßhubes eine relativ große Luftmenge in den Arbeitsraum eintreten kann. Beispielsweise ist in der GB-PS 1 123 503 ein Rotationskolbenmotor angegeben, dessen mittlerer Gehäuseteil mit einer Abzugsöffnung für verdichtetes Gas versehen ist. Diese Gasabzugsöffnung befindet sich im Bereich der Hauptachse der Trochoide und steht mit einem Ventil in Verbindung, das mit dem Drosselventil des Motors gekuppelt ist. Das durch diese Abzugsöffnung abgezogene verdichtete Gas wird über eine Leitung in den Einlaßbereich des mittleren Gehäuseteils geleitet.

In der US-PS 3 168 078 ist ein Rotationskolbenmotor angegeben, dessen mittlerer Gehäuseteil im Bereich der Hauptachse der Trochoide einen V-förmigen Kanal besitzt, der am einen Ende in die Einlaßzone der Arbeitsräume mündet, so daß beim Vorbeigang eines Scheitelteils des Rotationskolbens zwischen den einander entgegengesetzten Enden des V-förmigen Kanals verdichtetes Gas aus dem vorlaufenden Arbeitsraum durch den V-förmigen Kanal in den nachlaufenden Arbeitsraum strömen kann.

In diesen bekannten Anordnungen soll durch eine Vermehrung der eingelassenen Luftmenge die übertretende Verbrennungsgasmenge so herabgesetzt werden, daß Fehlzündungen verhindert werden. Versuche haben jedoch gezeigt, daß diese Anordnungen zum zuverlässigen Verhindern von Fehlzündungen nicht ausreichen.

Die Erfinder haben nun festgestellt, daß die im Betrieb des Motors im Leerlauf und im unteren Lastbereich auftretenden Fehlzündungen nicht nur darauf zurückzuführen sind, daß bei rotierendem Rotationskolben Verbrennungsgas

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in die Einlaßzone übertritt, wie dies vorstehend beschrieben wurde, sondern auch auf eine Preßströmung, die in dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum auftritt und deren Richtung der Drehrichtung des Rotationskolbens entspricht. Diese Preßströmung kann oft dazu führen, daß Verbrennungsflammen ausgelöscht werden, knapp nachdem sie im Bereich der Zündkerzen erzeugt worden sind.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Rotationskolbenmotors, der mit einer Einrichtung zum zuverlässigen Verhindern von Fehlzündungen währen-d seines Betriebes im Leerlauf und im unteren Lastbereich versehen ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Rotationskolbenmotors, der mit einer Einrichtung zum Abziehen von verdichtetem Gas aus einem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum versehen ist.

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Rotationskolbenmotors, der mit einer Einrichtung zum Verringern der Verbrennungsgasmenge versehen ist, die in den im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum eintreten kann.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben besitzt der Rotationskolbenmotor gemäß der Erfindung ein Gehäuse mit einem mittleren Gehäuseteil, das eine trochoidenförmige Innenwandung aufweist und mit zwei Gehäuse-Seitenteilen, die an entgegengesetzten Seiten des mittleren Gehäuseteils befestigt sind, so daß in dem Gehäuse ein trochoidenförmiger Hohlraum mit einer Haupt- und einer Nebenachse vorhanden ist, ferner einen im

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wesentlichen polygonalen Rotationskolben, der in dem Hohlraum drehbar gelagert ist und Scheitelteile besitzt, die mit der Innenwandung des Hohlraums in Gleitberührung stehen, so daß zwischen der Innenwandung des Hohlraums und Flanken des Rotationskolbens Arbeitsräume vorhanden sind und bei rotierendem Rotationskolben jeder dieser Arbeitsräume längs der Innenwandung des mittleren Gehäuseteils verschoben und dabei das Volumen des Arbeitsraums zur Durchführung eines Einlaß-, Verdichtungs-, Arbeits-* und Ausschiebehubes verändert wird, mindestens eine in dem Gehäuse vorgesehene Einlaßöffnung, die mit dem im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht, mindestens eine in dem Gehäuse vorgesehene Auslaßöffnung, die mit dem im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht, eine in dem Gehäuse vorgesehene Zündeinrichtung zum Zünden des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches und mindestens eine in dem Gehäuse vorgesehene Gemischabzugsöffnung, die hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens hinter der Nebenachse der Trochoide angeordnet ist und mit dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht, wenn dieser am Ende des Verdichtungshubes das kleinste Volumen hat, so daß die Abzugsöffnung aus dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum einen Teil des verdichteten Gemisches abzieht. Die Abzügsöffnung kann mit einem Ventil in Verbindung stehen, das beim Betrieb des Motors im Leerlauf und im unteren Lastbereich offen ist. Zu diesem Zweck kann das Ventil entweder mit dem Drosselventil des Motors gekuppelt sein oder durch den Einlaßdruck des Motors gesteuert werden. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Einrichtung die Preßströmung vermindert oder beseitigt werden kann, die annähernd am Ende des Verdichtungshubes auftritt und zu der Zündeinrichtung hin gerichtet ist, so daß die Gefahr eines Auslöschens der

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Verbrennungsflamme auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Die Erfindung schafft ferner einen Rotationskolbenmotor mit einem Gehäuse, in dessen trochoidenförmigem Hohlraum ein im wesentlichen dreieckiger Rotationskolben angeordnet und das mit einer Abzugsöffnung zum Abziehen von verdichteter Luft aus dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum und mit einer Einleitungsöffnung versehen ist, die mit dem im Auslaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht. Die Abzugsöffnung ist mit der Einleitungsöffnung durch ein drosselventilabhängiges Ventil verbunden und so angeordnet, daß ein Teil des verdichteten Gases durch die Abzugsöffnung abgezogen und dadurch die zu dem Zündbereich hin gerichtete Preßströmung geschwächt wird.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung besitzt das Gehäuse mindestens eine Einleitungsöffnung, die mit dem im Auslaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht und hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens hinter der Auslaßöffnung angeordnet ist. Diese Einleitungsöffnung ist mit der Abzugsöffnung verbunden, so daß während des Betriebes des Motors im Leerlauf und im unteren Lastbereich verdichtetes Gas aus dem Arbeitsraum austritt, der aus der Auslaßzone in die Einlaßzone wandert. Durch diese Einrichtung kann die in die Einlaßzone mitgeführte Verbrennungsgasmenge herabgesetzt werden.

Die genannte Einleitungsöffnung kann auch in einem Einlaßkanal vorgesehen sein, der zu der Einlaßöffnung führt. Diese Anordnung wird gegenüber der vorher beschriebenen bevorzugt, weil die Gefahr eines Verlegene der Austritts-

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öffnung durch Schlamm geringer ist. Andererseits ist es möglich, daß die Restgasmenge nicht so stark vermindert wird.

In Rotationskolbenmotoren mit zwei Gehäusen und zwei gegenphasig rotierenden Rotationskolben wird die Abzugsöffnung des einen Gehäuses vorzugsweise mit der Einleitungsöffnung des anderen Gehäuses verbunden.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 in einem Kurvenbild die Abhängigkeit des Restgasanteils und des höchstzulässigen Restgasanteils von dem Füllgrad des Motors,

Fig. 2 ein Indikatordiagramm für einen typischen Rotationskolbenmotor mit einem einzigen Rotationskolben,

Fig. 3 im Schnitt einen Rotationskolbenmotor

nach einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 im Längsschnitt einen zwei Rotationskolben aufweisenden Motor gemäß der Erfindung.

Fig. 5 (a), (b) und (c) erläutern schematisch

die Wirkungsweise des Motors gem. Fig.

Fig. 6 zeigt ein Indikatordiagramm des Zweikolbenmotors .

Fig. 7 zeigt schematisch einen Rotationskolbenmotor nach einer weiteren Ausführungsform der

Erfindung.

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In Fig. 1 ist in einem Kurvenbild die Abhängigkeit des Restgasanteils von dem Füllgrad des Motors gezeigt. Man erkennt, daß bei zunehmendem Füllgrad der Restgasanteil allmählich abnimmt (Kurve A) und daß bei abnehmendem Füllgrad des Motors der höchstzulässige Restgasanteil abnimmt, und zwar besonders steil, wenn der Füllgrad des Motors unter einen bestimmten Wert sinkt (Kurve B). Aus diesem Grund muß der Füllgrad des Motors über einem Wert C gehalten werden, bei dem die Kurve A für den Restgasanteil die Kurve B für den höchstzulässigen Restgasanteil kreuzt.

Das Gehäuse 1 des in Fig. 3 gezeigten Rotationskolbenmotors besitzt einen mittleren Gehäuseteil 2 mit einer trochoidenförmigen Innenwandung 2 a und zwei Gehäuse-Seitenteile 3, die an den entgegengesetzten Seiten des mittleren Gehäuseteils 2 befestigt sind und von denen in der Zeichnung nur einer gezeigt ist. In dem Gehäuse ist ein im wesentlichen dreieckiger Rotationskolben 4 drehbar gelagert, dessen Scheitelteile 4 a mit der Innenwandung 2 a des mittleren Gehäuseteils 2 in Gleitberührung stehen. Infolgedessen sind in dem Gehäuse 1 zwischen Flanken 4 b des Rotationskolbens 4 unddder Innewandung 2 a des mittleren Gehäuseteils 2 volumenveränderbare Arbeitsräume 5 a, 5 b und 5 c vorhanden. Der Rotationskolben 4 kann in jeder seiner Flanken 4 b mit einer Vertiefung 7 ausgebildet sein.

Der dreieckige Rotationskolben 4 wird von einer Exzenterwelle 6 getragen, die einen Abtriebs-Wellenteil 6 a und einen gegenüber diesem versetzten Teil 6 b besitzt, der den Rotationskolben trägt. Die Drehachse 6 c des Abtriebs-Wellenteils 6 a stimmt mit der Mittellinie der Trochoide überein. Die Achse 6 d des den Rotationskolben tragenden Teils 6 b stimmt mit der Mittellinie

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des Rotationskolbens 4 überein und ist gegenüber der Achse 6 c des Abtriebs-WeTlenteils 6 a versetzt. Die Innenwandung 2 a des mittleren Gehäuseteils 2 hat die Form einer Trochoide mit einer Hauptachse Ma und einer Nebenachse Mi. Die Winkelstellung des dreieckigen Rotationskolbens 4 kann beispielsweise durch einen Winkel θ zwischen der Hauptachse Ma und\einer durch die Achsen 6 c und 6 d der Exzenterwelle 6 gehenden Geraden angegeben werden. Dieser Winkel wird nachstehend als der Drehwinkel der Exzenterwelle bezeichnet.

In der dargestellten Ausführungsform ist einer der Gehäuse-Seitenteile 3 mit einer Einlaßöffnung 8 und der mittlere Gehäuseteil 2 mit einer Auslaßöffnung 9 und einer Zündkerze 10 versehen. Die Zündkerze 10 ist hinsichtlich der Drehrichtüng des Rotationskolbens hinter

8 . der Nebenachse Mi angeordnet. Die Einlaßöffnung steht über eine¹¹¹ Einlaßkanal 12 mit einem Vergaser 17 in Verbindung, der mit einem Drosselventil 18 versehen ist.

In der dargestellten Ausführungsform des Motors ist der mittlere Gehäuseteil 2 mit einer öffnung 11 zum Abziehen von verdichtetem Gas aus dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum 5 versehen. Diese öffnung 11 steht erfindungsgemäß mit diesem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum 5 mindestens am oberen Totpunkt des Verdichtungshubes in Verbindung, d.h. in dem Zeitpunkt, in dem dieser Arbeitsraum das kleinste Volumen hat. Die öffnung 11 muß ferner hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens hinter der Nebenachse Mi angeordnet sein.

Die öffnung 11 steht über ein Ventil 15, eine Leitung 14 und ein Rückschlagventil 16 mit einer Einleitungsöffnung 13 in Verbindung, die in dieser Ausführungsform gegenüber

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der Nebenachse Mi etwas zu der Auslaßöffnung 9 hin versetzt ist und durch die das aus dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum 5 durch die öffnung 11 abgezogene, verdichtete Gas in den im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum 5 eingeleitet wird. Die Einleitungsöffnung kann hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens an einer beliebigen Stelle vor der Auslaßöffnung 9 angeordnet sein, sofern die öffnung 13 das verdichtete Gas in den im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum einleiten kann. Damit möglichst viel verdichtetes Gas in den im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum eingeleitet werden kann, ist die Einleitungsöffnung 13 vorzugsweise nahe bei der Auslaßöffnung 9 angeordnet, jedoch zweckmäßig nicht so nahe, daß über die öffnung 13 eingeleitetes Gas durch die Auslaßöffnung 9 aus dem Motor austreten kann.

Das Ventil 15 steht mit dem Drosselventil 18 über eine Betätigungseinrichtung 19 in Verbindung, die bewirkt, daß das Ventil 15 nur während des Betriebes des Motors im Leerlauf und im unteren Lastbereich offen ist. Während des Betriebes des Motors im Leerlauf und im unteren Lastbereich saugt der im Einlaßhubzustand befindliche Arbeitsraum eine kleine Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Einlaßöffnung 8 ein. Danach gelangt der Arbeitsraum 5 in die Verdichtungszone, in welcher das Volumen des Arbeitsraumes 5 infolge der Drehung des Rotationskolbens 4 kleiner wird, so daß der Druck in diesem Arbeitsraum etwa dem atmosphärischen Druck entspricht, wenn sich die Exzenterwelle gegenüber der Stellung, die dem unteren Totpunkt des Einlaßhubes entspricht bzw. dem Zeitpunkt, in dem der im Einlaßzustand befindliche

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Arbeitsraum das größte Volumen hat, um etwa 150 bis Grad gedreht hat. Diese Stellung des Rotationskolbens ist in Fig. 3 durch ausgezogene Linien dargestellt.

Jetzt sei das in Fig. 2 gezeigte Indikatordiagramm betrachtet. Der erste Arbeitsraum 5 a befindet sich in einem Zustand, der dem Anfang des Ver-dichtungshubes entspricht. Bei einem Drehwinkel Q₁ der Exzenterwelle entspricht der Druck in dem Arbeitsraum 5 a wieder dem atmosphärischen Druck. Der zweite Arbeitsraum 5 b befindet sich in einem Zustand, der dem Anfang des Einlaßhubes entspricht. In diesem Arbeitsraum herrscht ein Unterdruck. Der dritte Arbeitsraum 5 c befindet sich im Ausschiebehubzustand; in ihm herrscht ein Druck, der dem atmosphärischen Druck entspricht.

In diesem Zustand des Motors steht die Öffnung 11 mit dem ersten Arbeitsraum 5 a und die Einleitungsöffnung mit dem zweiten Arbeitsraum 5 b in Verbindung, so daß ein Teil des in dem ersten Arbeitsraum 5 a befindlichen Gases infolge der Druckdifferenz durch die öffnung 11 und die öffnung 13 in den zweiten Arbeitsraum 5 b zurückströmt. Diese Rückströmung in den zweiten Arbeitsraum 5 b dauert an, bis sich der Rotationskolben 4 in die gestrichelt dargestellte Stellung 4¹ gedreht hat, in welcher die Einleitungsöffnung 13 nicht mehr mit dem zweiten Arbeitsraum 5 b, sondern mit dem dritten Arbeitsraum 5 c in Verbindung steht. Diese Stellung ist in Fig. durch den Drehwinkel θ_ der Exzenterwelle angedeutet.

Sobald die ELnleitungsöffnung 13 mit dem dritten Arbeitsraum 5 c in Verbindung steht, strömt vernichtetes Gas aus dem ersten Arbeitsraum 5 a in den dritten Arbeitsraum 5 c, der sich im Ausschiebehubzustand befindet, so daß in dem vorlaufenden Teil des dritten Arbeitsraums 5 c vorhandenes Verbrennungsgas durch Gas ersetzt wird, das von

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dem ersten Arbeitsraum 5 a her zurückgeführt wird. Diese Rückströmung des verdichteten Gases dauert an, bis sich der Rotationskolben 4 in die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Stellung 4 " gedreht hat, in welcher die öffnung 11 nicht mehr mit dem ersten Arbeitsraum 5 a in Verbindung steht. Diese Stellung entspricht der in Fig. 2 angegebenen Winkelstellung Θ,· In dieser Stellung steht die öffnung 11 zwar mit dem zweiten Arbeitsraum 5 b in Verbindung, doch strömt kein verdichtetes Gas aus dem zweiten Arbeitsraum 5 b in den dritten Arbeitsraum 5 c, weil der Druck in dem zweiten Arbeitsraum 5 b noch niedriger ist als der Druck in dem dritten Arbeitsraum 5 c.

Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß in der angegebenen Anordnuna das aus dem im Ver-dichtungszustand befindlichen Arbeitsraum zurückgeführte, verdichtete Gas am Ende des Ausschiebehubes jenen Teil des Volumens des im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraumes einnimmt, der sonst von dem Verbrennungsgas einegenommenvtfirde, wenn dieses von dem sich drehenden Rotationskolben in die Einlaßzone geschoben wird. Wie aus der Kurve D in Fig. 1 hervorgeht, kanndurch diese Anordnung die Menge des übertretenden Verbrennungsgases beträchtlich herabgesetzt werden.

Das in den im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum zurückströmende, verdichtete Gas trägt einerseits nicht zu einer Herabsetzung der übertretenden Verbrennungsgasmenge bei und kann andererseits den für die Aufnahme von Frischgas geeigneten Raum verkleinern. Daher soll in den im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum möglichst wenig Gas zurückströmen.

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Ein weiterer Vorteil der vorstehend beschriebenen Anordnung besteht darin, daß durch das Abziehen von verdichtetem Gas aus dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum der Füllgrad des Motors entsprechend herabgesetzt wird, so daß während des Einlaßhubes entsprechend mehr Gas eingelassen werden kann. Dadurch kann das Verbrennungsgas-Übertrittsverhältnis weiter herabgesetzt werden. Da ein Teil des verdichteten Gases durch die öffnung 11 aus dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum ausströmen kann, wird die von der nachlaufenden zu der vorlaufenden Seite hin gerichtete Preßströmung so weit geschwächt, daß sie die Verbrennungsflamme nicht auslöschen kann.

Das in dem im Verdichtungshubzustand befindlichem Arbeitsraum 5 vorhandene, verdichtete Gas wird im richtigen Zeitpunkt durch die Zündkerze 10 gezündet, wobei die von der nachlaufenden zu der vorlaufenden Seite gerichtete Preßströmung und die sehr flache Form des Arbeitsraumes verhindern, daß die Verbrennungsflamme bis in den Bereich der öffnung TT gelangt. Infolgedessen kann die Verbrennungsflamme nicht durch die öffnung 11 austreten.

Fig. 4 und 5 zeigen die Anwendung des Erfindungsgedankens auf einen Motor mit mehreren Rotationskolben. Der Rotationskolbenmotor besitzt zwei Gehäuse 101a und 101b, die je einen mittleren Gehäuseteil 102a bzw. 102b aufweisen. An der einen Seite des mittleren Gehäuseteils 102a ist ein Gehäuse-Seitenteil 103a befestigt. Die andere Seite des mittleren Gehäuseteils 102a ist an einer Seite eines Gehäuse-Seitenteils 103c angebracht, der den beiden Gehäusen 101a und 101b gemeinsam ist. Der mittlere Gehäuseteil 102b ist auf der einen Seite an der anderen Seite des Gehäuse-Seitenteils 103c und' auf der anderen Seite

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an einem weiteren Gehäuse-Seitenteil 103b befestigt.

Jeder der mittleren Gehäuseteile 102a und 102b hat eine trochoidenförmige Innenwandung und enthält einen drehbar gelagerten, im xresentlichen dreieckigen Rotationskolben 104a bzw. 104b, dessen Scheitelteile mit der trochoidenförmigen Innenwandung des mittleren Gehäuseteils in Gleitberührung stehen, so daß in den Gehäusen volumenveränderbare Arbeitsräume 105 vorhanden sind. Die Rotationskolben 104a und 104b sind in bekannter Weise auf einer Exzenterwelle 106 derart befestigt, daß sie mit einer Phasendifferenz von 180 gleichzeitig umlaufen.

Die Gehäuse-Seitenteile 103a, 103b und 103c sind mit Einlaßöffnungen 108a und 108b für das Gehäuse 101a bzw. 101b ausgebildet. Die mittleren Gehäuseteile 102a und 102b sind mit je einer Auslaßöffnung 109a bzw. 109b ausgebildet, von denen jede so angeordnet ist, daß sie von einem Arbeitsraum getrennt werden, wenn sich die Exzenterwelle aus einer dem oberen Totpunkt des Einlaßhubes entsprechenden Stellung um 60° gedreht hat.

Wie in den vorher beschriebenen Ausfuhrungsformen ist jeder der mittleren Gehäuseteile 102a und 102b mit einer öffnung 111a und 111b versehen, die zu einem Ventil 115a bzw. 115b führt und zum Abziehen von verdichtetem Gas aus dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum dient. Jeder mittlere Gehäuseteil 102a bzw. 102b ist ferner mit einer Eintrittsöffnung 113a bzw. 113b versehen, die mit einem Rückschlagventil 116a bzw. 116b in Verbindung steht. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform können die Ventile 115a und 115b mit nicht gezeigten Drosselventilen des Motors derart gekuppelt sein, daß die

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Ventile 115a und 115b nur während des Betriebes des Motors im Leerlauf und im unteren Lastbereich geöffnet sind.

In dieser Ausführungsform steht die Öffnung 111a des mittleren Gehäuseteils 102a über eine Leitung 114a mit der Einleitungsöffnung 113b des mittleren Gehäuseteils 102b und dessen Öffnung 111b mit der Einleitungsöffnung 113a des mittleren Gehäuseteils 102a in Verbindung.

In Fig. 6 a sind Druckveränderungen in den Arbeitsräumen dargestellt. Dabei beziehen sich die ausgezogenen Linien auf die Arbeitsräume des Gehäuses 101 a und die gestrich-elten Linien auf die Arbeitsräume des Gehäuses 101b. In Fig. 6 b sind Druckveränderungen an den Öffnungen 111a und 111b und an den Einleitungsöffnungen 113a und 113b dargestellt. Der Druck an der Öffnung 111a des mittleren Gehäuseteils 102a ist durch die Kurve X und der Druck an der Öffnung 113b des mittleren Gehäuseteils 102b durch die Kurve Y dargestellt.

Zunächst sei die in Fig. 5 a dargestellte und dem Drehwinkel Θ-- der Exzenterwelle entsprechende Stellung des Rotationskolbens betrachtet. In dieser Stellung entspricht der Druck in dem ersten Arbeitsraum 105a des Gehäuses 101a im wesentlichen dem atmosphärischen Druck, wie dies anhand der vorgehenden Ausführungsform besprochen wurde. Der zweite Arbeitsraum 105b des Gehäuses 101a ist in einem Zustand, der dem Beginn des Einlaßhubes entspricht, so daß in diesem Arbeitsraum ein Unterdruck herrscht. Der dritte Arbeitsraum 105c befindet sich im Ausschiebehubzustand, so daß der Druck in diesem Arbeitsraum im wesentlichen dem atmosphärischen Druck entspricht.

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In dieser Stellung ist der erste Arbeitsraum 105a des Gehäuses 101a über die Öffnung 111a desselben und die Einleitungsöffnung 113b mit dem im Ausschiebe-hubzustand befindlichen, ersten Arbeitsraum 1O5a^! des Gehäuses 101b verbunden. Wenn sich die Rotationskolben 104a und 104b über die in Fig. 5 a dargestellten Stellungen hinaus drehen, steigt der Druck in dem ersten Arbeitsraum 105a bald über den atmosphärischen Druck hinaus an, so daß verdichtetes Gas aus dem Arbeitsraum 105a abgezogen und in den Arbeitsraum 105a¹ eingeleitet wird. Dieses Einleiten von verdichtetem Gas in den im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum 105a¹ dauert an, bis die Exzenterwelle 106 den Drehwinkel θ_ erreicht hat, in welcher die Verbindung der Öffnung 111a des Gehäuses 101a mit dem ersten Arbeitsraum 105a unterbrochen und mit dem zweiten Arbeitsraum 105b hergestellt wird. Da in diesem ZeitpunVt der Druck in dem zweiten Arbeitsraum 105b des Gehäuses 101a niedriger ist als der atmosphärische Druck, wird die Strömung von verdichtetem Gas aus dem Gehäuse 101a in das Gehäuse 101b in diesem Zeitpunkt unterbrochen.

Diese Ausführungsform hat gegenüber der vorher beschriebenen den Vorteil, daß verdichtetes Gas oder ein verdichtetes Gemisch während eines längeren Zeitraums in einen im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum zurückgeführt werden kann als bei der vorher beschriebenen Ausführungsform mit nur einem Rotationskolben, so daß eine größere Menge Verbrennungsgas durch Frischgas ersetzt werden kann und der Restgasanteil beträchtlich herabgesetzt wird. Diese Ausführungsform hat ferner den Vorteil, daß das verdichtete Gas sowohl vor dem Überschneidungszeitraum als auch während desselben in den im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum eingeleitet werden kann.

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Die Öffnungen 11.1a und 111b sind so angeordnet, daß sie an dem dem Verdichtungshub zugeordneten, oberen Totpunkt des Verdichtungshubes mit dem Arbeitsraum in Verbindung gelangen. Daher ist am oberen Totpunkt des Verdichtungshubes jede der Öffnungen 111a und 111b zwischen der Nebenachse der Trochoide und dem nachlaufenden Scheitelteil des Rotationskolbens angeordnet und vorzugsweise von der Mitte zwischen der Nebenachse der Trochoide und dem nachlaufenden Scheitelteil des Rotationskolbens etwas in dessen Drehrichtung versetzt. Insbesondere ist diese Öffnung vorzugsweise so angeordnet, daß ihre Verbindung mit dem Arbeitsraum unterbrochen wird, wenn sich die Exzenterwelle aus der dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes entsprechenden Stellung um 105° gedreht hat.

Man kann die Einleitungsöffnung 113a bzw. 113b so anordnen, daß sie sich hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens vor der Auslaßöffnung 109a oder 109b befindet und mit demselben Arbeitsraum in Verbindung steht wie die Auslaßöffnung. Vorzugsweise ist die Einleitungsöffnung in einem Bereich angeordnet, der sich von der Nebenachse der Trochoide hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens über 60° nach vorn und über 90° nach hingen erstreckt.

In der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Rotationskolbenmotor mit ähnlichen Einrichtungen versehen wie in der vorhergehenden Ausführungsform, so daß diese Einrichtungen nicht noch einmal beschrieben zu werden brauchen.

Zwei Gehäuse 201a und 201b besitzen je einen mittleren Gehäuseteil 202a bzw. 202b, der mit einer Einlaß-

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öffnung 208a bzw. 208b ausgebildet ist. Jede Einlaßöffnung 208a bzw. 208b ist mit einem Rückschlag-Zungenventil 216a bzw. 216b versehen. In die Einlaßöffnungen 208a und 208b mündet je eine Einleitungsöffnung 213a bzw. 213 b. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform steht die in die Einlaßöffnung 208a des Gehäuses 201a mündende Einleitungsöffnung 213a über eine Leitung 214b mit der Öffnung 211b des mittleren Gehäuseteils 202b des Gehäuses 201b und die in die Einlaßöffnung 208b des Gehäuses 201b mündende Einleitungsöffnung 213b über eine Leitung 214a mit der Öffnung 211a des mittleren Gehäuseteils des Gehäuses 101a in Verbindung.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Gefahr eines Verlegens der Einleitungsöffnungen 213a und 213b durch während des Betriebes des Motors gebildeten Schlamm beseitigt oder weitestgehend herabgesetzt ist.

Vorstehend wurde die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, auf deren Einzelheiten die Erfindung jedoch in keiner Weise eingeschränkt ist, da die Ausführungsbeispiele im Rahmen des Erfindungsgedankens abgeändert werden können. Beispielsweise müssen die Ventile, die den Abzugsöffnungen für das verdichtete Gas zugeordnet Hind, nicht unbedingt in Abhängigkeit von der Betätigung des Drosselventils des Motors betätigt werden, sondern sie können beispielsweise in Abhängigkeit von dem Einlaßdruck und/oder der Drehzahl des Motors betätigt werden. Ferner kann man die den Einleitungsöffnungen zugeordneten Rückschlagventile weglassen, wenn keine oder nur eine sehr geringe Gefahr einer gegensinnigen Strömung durch die Einleitungsöffnungen besteht.

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Leerseite

Claims

Paten tans ρ r ü c h e

( 1. Rotationskolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gehäuse mit einem mittleren Gehäuseteil besitzt, das eine trochoidenförmige Innenwandung aufweist, und mit zwei Gehäuse-Seitenteilen, die an entgegengesetzten Seiten des mittleren Gehäuseteils befestigt sind, so daß in dem Gehäuse ein trochoidenförmiger Hohlraum mit einer Haupt- und einer Nebenachse vorhanden ist, ferner einen im wesentlichen polygonalen Rotationskolben, der in dem Hohlraum drehbar gelagert ist und Scheitelteile besitzt, die mit der Innenwandung des Hohlraums in Gleitberührung stehen, so daß zwischen der Innenwandung des Hohlraums und Flanken des Rotationskolbens Arbeitsräume vorhanden sind und bei rotierendem Rotationskolben jeder dieser Arbeitsräume längs der Innenwandung des mittleren Gehäuseteils verschoben und dabei das Volumen des Arbeitsraums zur Durchführung eines Einlaß-, Verdichtungs-, Arbeite- und Ausschiebehubes verändert wird, mindestens eine in dem Gehäuse vorgesehene Einlaßöffnung, die mit dem im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht, mindestens eine in dem Gehäuse vorgesehene Auslaßöffnung, die mit dem im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht, eine in dem Gehäuse vorgesehene Zündeinrichtung zum Zünden des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches und mindestens eine in dem Gehäuse vorgesehene Gemischabzugsöffnung, die hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens hinter der Nebenachse der Trochoide angeordnet ist und mit dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht,

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wenn dieser am Ende des Verdichtungshubes das kleinste Volumen hat, so daß die Abzugsöffnung aus dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum einen Teil des verdichteten Gemisches abzieht.
2. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit mindestens einer Einleitungsöffnung versehen ist, die hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens vor der Auslaßöffnung angeordnet ist, mit der Abzugsöffnung in Verbindung steht und mit dem im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung gelangt.
3. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsöffnung mit einem Ventil in Verbindung steht, das in Abhängigkeit vom Betriebs^ zustand des Motors derart gesteuert wird, daß es während des Betriebes des Motors im Leerlauf und im unteren Lastbereich offen ist.
4. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil mit dem Drosselventil des Motors in Verbindung steht.
5. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung hinsichtlich der Drehrichtung des Drehkolbens vor der Nebenachse der Trochoide angeordnet ist.
6. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitungsöffnung vor der Nebenachse etwas zu der Auslaßöffnung hin versetzt ist.

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7. Rotationskolbenmotor mit mehreren Kolben, gekennzeichnet durch ein erstes Gehäuse, das einen ersten trochoidenfÖrmigen Hohlraum enthält, in dem ein erster im wesentlichen vieleckiger Rotationskolben drehbar gelagert ist, der Arbeitsräume begrenzt, die durch die Rotation des Drehkolbens in Umfangsrichtung verschoben werden und unter Veränderung ihres Volumens einen Einlaß-, Verdichtungs-, Arbeitsund Ausschiebehub durchführen, durch mindestens eine erste Einlaßöffnung, die in dem ersten Gehäuse ausgebildet ist und in einen im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum mündet, durch mindestens eine erste Auslaßöffnung, die in dem ersten Gehäuse vorgesehen ist und mit einem im Ausschiebehubzustand befindlichen, anderen Arbeitsraum in Verbindung steht, durch eine erste Zündeinrichtung, die in dem ersten Gehäuse vorgesehen ist und zum Zünden des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches dient, das in dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum enthalten 1st, durch mindestens eine erste Gemischabzugsöffnung, die in dem ersten Gehäuse vorgesehen und hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens hinter der Nebenachse des trochoidenförmigen Hohlraums angeordnet ist und mit dem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht, wenn er am Ende des Verdichtungshubes das kleinste Volumen hat, durch mindestens eine erste Einleitungsöffnung, die in dem ersten Gehäuse vorgesehen ist und mit dem im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung gelangt, durch ein zweites Gehäuse, das einen zweiten trochoidenfÖrmigen Hohlraum enthält, in dem ein zweiter im wesentlichen vieleckiger Rotationskolben gelagert ist, der mit einer Phasendifferenz von 180 gegenüber

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dem ersten Rotationskolben drehbar ist und Arbeitsräume begrenzt, die durch die Rotation des Drehkolbens in Umfangsrichtung verschoben werden und dabei unter Veränderung ihres Volumens einen Einlaß-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausschiebehub durchführen, durch mindestens eine zweite Einlaßöffnung, die in dem zweiten Gehäuse ausgebildet ist und in den im Einlaßhubzustand befindlichen Arbeitsraum mündet, durch mindestens eine zweite Auslaßöffnung, die in dem zweiten Gehäuse vorgesehen ist und mit einem im Ausschiebehübzustand befindlichen, anderen Arbeitsraum in Verbindung steht, durch eine zweite Zündeinrichtung, die in dem zweiten Gehäuse vorgesehen ist und zum Zünden des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches dient, das in dem im Verdichtungshubaustand befindlichen Arbeitsraum enthalten ist, durch mindestens eine zweite Gemischabzugsöffnung, die in dem zweiten Gehäuse vorgesehen und hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens hinter der Nebenachse des zweiten trochoidenförmigen Hohlraums angeordnet ist und mit einem im Verdichtungshubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht, wenn er am Ende des Verdichtungshubes das kleinste Volumen hat, und durch mindestens eine zweite Einleitungsöffnung, die in dem zweiten Gehäuse vorgesehen ist und mit dem im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung gelangt, wobei die erste Abzugsöffnung mit der zweiten Einleitungsöffnung und die zweite Abzugsöffnung mit der ersten Einleitungsöffnung in Verbindung steht.
8. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Abzugsöffnung mit einem Ventil in Verbindung stehen, das in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors derart gesteuert wird, daß es während des Betriebes des Motors im Leerlauf und im unteren Lastbereich offen ist.

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9. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bzw.. zweite Einleitungsöffnung in einem Bereich angeordnet ist/ der sich hinsichtlich der Drehrichtung des Rotationskolbens von der Nebenachse des entsprechenden trochoidenförmigen Hohlraums über einen Drehwinkel von bis zu 60° einer die Rotationskolben tragenden Exzenterwelle nach vorn und über einen Drehwinkel dieser Welle von bis zu 90° nach hinten erstreckt.
10. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste als auch die zweite Abzugsöffnung so angeordnet ist, daß ihre Verbindung mit jedem Arbeitsraum unterbrochen wird, wenn sich eine die Rotationskolben tragende Exzenterwelle nach dem Totpunkt des Verdichtungshubes um etwa 105° gedreht hat.
11. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bzw. zweite Einlaßöffnung am Umfang des Gehäuses vorgesehen ist und die erste bzw. zweite Einleitungsöffnung in die erste bzw. zweite Einlaßöffnung mündet.
12. Rotationskolbenmotr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bzw. zweite Gemischabzugsöffnung und die erste bzw. zweite Einleitungsöffnung eo angeordnet sind, daß die Einleitung von Druckgas in einen im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum vor und während des überschneidungsZeitraums fortgesetzt werden kann, in dem die Auslaßöffnung sowohl mit dem im Einlaßhubzustand als auch mit dem im Ausschiebehubzustand befindlichen Arbeitsraum in Verbindung steht.

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