<Desc/Clms Page number 1>
Rotationskolben-Einspritzbrennkraftmaschine
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
ders günstig für die Erreichung einer schnellen Verdampfung haben sich Brennraumoberflächen herausgestellt, deren Temperatur auf die Eigenart des verwendeten Kraftstoffes abgestimmt ist. Für Kraftstoffe, die in etwa einer molekularen Zusammensetzung von C.H entsprechen, ist die günstigste Temperatur 3400C. Temperaturen dieser Höhe sind an der Kolbenoberfläche eines Kreiskolbenmotors zu finden.
Entsprechend dem Erfindungsvorschlag sind im Kolben ein an sich bekannter, eine oder mehrere Einspritz- öffnungen aufweisender Hohlraum und radial von ihm ausgehend, zur äusseren Begrenzungsfläche des Kolbens reichende Öffnungen, wie Poren, Löcher, Schlitze u. dgl. angeordnet, und dass im Gehäuse, u. zw. im Bereich der achsennahen Zone der inneren Mantelfläche eine Brennstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen ist, deren Mündung so angeordnet bzw. gerichtet ist, dass der austretende Brennstoffstrahl den Brennstoff beim Vorbeilaufen des Kolbens an der achsennahen Zone durch die Einspritzöffnung in den Hohlraum spritzt.
Dabei besteht der Hohlraum aus mehreren, in der Umfangsrichtung ungefähr parallel zur Kolbenflankenfläche verlaufenden Kanälen. Ausserdem sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Poren in einer Platte aus einem porös gesinterten Werkstoff vorgesehen.
Die Verteilung des Brennstoffes erfolgt dabei einmal unter Einfluss der peripherischen Beschleunigung durch die Drehung des Kolbens und anderseits durch die Fliehkräfte, die durch die Drehung des Kolbens hervorgerufen werden und die an sich die Tendenz haben, den flüssigen Kraftstoff radial nach aussen in Richtung auf das Gehäuse zu schleudern. Der Hohlraum mit Poren, Löchern, Schlitzen u. dgl., insbesondere die poröse Platte haben zur Aufgabe, den flüssigen Kraftstoff gegenüber den Fliehkräften zurückzuhalten und dafür zu sorgen, dass lediglich die entstehenden Dämpfe in der heissen Platte, die durch die Porosität eine sehr grosse Oberfläche erreichen kann, nach aussen gelangen können.
Da weiterhin bei der Bewegung des Kreiskolbens zwei Verbrennungsräume entstehen, deren im Drehsinn vorauslaufender in seinem Volumen von Null auf ein Maximum zunimmt, während der im Drehsinn nachlaufende von einem Maximum auf Null abnimmt, und da beide Räume durch die Einschnürung der Trochoide an sich voneinander getrennt sind, entsteht bei dem Überschieben von dem einen Brennraum in den andern Brennraum an der Einschnürungsstelle eine heftige Luftbewegung, die mangels anderer Verbindungskanäle zwischen den Brennräumen sich der Durchlässigkeit der porösen Platte bedienen muss, wobei beim Durchtritt der Luft durch diese eine intensive Verdampfung und Vermischung entsteht, die darüber hinaus mit der Drehung des Kolbens örtlich fortschreitet.
Die poröse Platte bildet in diesem Sinne einen sehr wirksamen, in den Kolben eingebauten Oberflächenvergaser, der die erforderliche allmähliche Verdampfung und Vermischung des Kraftstoffes bewirkt. Besonders zur Erreichung eines sicheren Kaltstartes, jedoch auch um ein nicht so hohes Verdichtungsverhältnis anwenden zu müssen, ist die Anbringung einer Zündquelle zweckmässig. Diese Zündquelle kann in Form eines elektrischen Zündfunkens auftreten oder auch in Form eines heissen Punktes, dessen Wirksamkeit durch katalytische Massnahmen unterstützt wird.
Von grossem Vorteil für die Güte der Verbrennung ist in diesem Zusammenhang das Material und die Oberflächenart der porösen Platte, die aus einem porösen, grob gesinterten Werkstoff hergestelltwerden kann. Werden dabei Chromoxyde oder Chromoxydüberzüge verwendet, unter Umständen auf einer keramischen Grundlage, oder werden andere katalytisch wirksame Materialien bei der Herstellung der porösen Platte angewendet, so lassen sich die Reaktionsvorgänge in einer vorteilhaften Weise sowohl hinsichtlich der Reaktionsprodukte als auch der Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen und damit ein hoher Ausbrenngrad bei geringen Rückständen erreichen.
In diesem Zusammenhang ist ein Hubkolbenmotor mit einem im Kolben angeordneten Brennraum bekanntgeworden, bei dem im Brennraum eine sich selbsttätig regulierende Wärmeableitung in Anpassung an die jeweiligen Betriebszustände der Brennkraftmaschine erreicht werden soll. Es handelt sich hier jedoch um eine gegenüber der Erfindung andere Maschinengattung sowie um eine andere Zielsetzung. Insoweit bei der bekannten Maschine im Brennraum eine Wandauskleidung vorgesehen ist, die auf der Anspritzseite aus einem porösen Belag, z.
B. einem Sinterbelag, besteht, so weist dieser Belag im Hinblick auf die Zielsetzung der Wärmeableitung in erster Linie werkstoffmässig auch bezüglich der hiefür geeigneten Porosität eine entsprechende Zusammensetzung auf, während die Vergrösserung der quantitativen Aufnahmefähigkeit dieses Belages für den eingespritzten Kraftstoff nur eine Begleiterscheinung darstellt, die dem Wesen nach dem Verbrennungsablauf förderlich ist.
Im Gegensatz hiezu liegt beim Gegenstand der Erfindung das Problem zugrunde, bei der Gattung "Rotationskolben-Brennkraftmaschine", insbesonderebei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine ein hier nur aus graduell verdampftem Kraftstoff und Luft bestehendes Gemisch mit dem bekannten Vorteil eines "weichen Verbrennungsablaufes"verbrennen zu können. Dem steht aber bei dieser Maschinengattung als Hindernis entgegen, dass bei einem Aufspritzen des flüssigen Kraftstoffes auf die von den Kolbenflanken
<Desc/Clms Page number 3>
gebildeten glatten Aussenkonturen des Kolbens der Kraftstoff, wie gesagt, unter der Wirkung der durch die Drehung des Kolbens hervorgerufenen Zentrifugalkräfte nach aussen, u. zw. gegen die Mantelfläche des Umschliessungskörpers geschleudert wird.
Der so ausgeschleuderte Kraftstoff würde dann an der gekühlten Mantelfläche nicht verbrennen ; teils würde er von den an der inneren Mantelfläche des Umschliessungskörpers entlanggleitenden Radialdichtleisten des Kolbens quasi abgestrichen werden und sich unter Umständen örtlich anhäufen, so dass eine weitgehende schlechte Vermischung der Verbrennungsluft und damit auch eine schlechte motorische Verbrennung zustande kommen würde.
Werden nun, wie beim Gegenstand der Erfindung, die erfindungsgemässen Massnahmen getroffen, dann unterliegt der Kraftstoff zwar ebenso einer Fliehkraftwirkung, er wird jedoch im Gegensatz zur vorstehend genannten bekannten Anordnung durch die Öffnungen, Poren oder die poröse Platte hindurchgepresst. Dabei verdampft der Kraftstoff und wird in diesem Zustand der Verbrennungsluft zugemischt. Ausserdem kann ein Teil des in die Kanäle eingespritzten Kraftstoffes beim Hindurchströmen der Luft in die Arbeitskammer mitgerissen werden, der dann nach seinem Austritt aus den Kanälen usw. ebenfalls in weitgehend dampfförmigem Zustand in die Arbeitskammer eintritt, um sich dort mit der Verbrennungsluft zu vermischen.
In den Zeichnungen sind nähere Einzelheiten über die Ausführung der Erfindung wiedergegeben. Sie nehmen Bezug auf eine Kreiskolbenmaschine mit einem Übersetzungsverhältnis von 2 : 3, können jedoch analog auf andere Kreiskolben- und Drehkolbenmaschinen der Trochoiden-Ausführung übertragen werden.
Es zeigen Fig. 1 den Querschnitt durch eine solche Kreiskolbenmaschine längs der Mittelebene des Kolbens, Fig. 2 einen gleichartigen Schnitt, jedoch mit einer andern Kolbenstellung, Fig. 3 einen gleichartigen Schnitt wie Fig. l, jedoch mit der Darstellung einer abgeänderten Kraftstoffeinbringung hinter die poröse Scheibe, Fig. 4 einen gleichartigen Schnitt wie die vorstehenden Figuren, jedoch mit einer abge- änderten Einspritzart für den Kraftstoff unter die poröse Scheibe, Fig. 5 einen Schnitt durch den Kolben in der Ebene der Kurbelwellenachse, etwa durch die Mitte zwischen den beidenDichtleisten, die Fig. 6 und 7 gleichartige Schnitte, jedoch mit anders gestalteten Kanälen, und Fig. 8 den Aufblick auf eine der Kolbenflächen.
In Fig. 1 bedeutet 1 das trochoidenförmige Gehäuse. Mit 2 ist der Kreiskolben gekennzeichnet, der in diesem Gehäuse in der bekannten Art und Weise im Drehsinn des Pfeiles 9 umläuft. Die Dichtleisten sind jeweils mit 3 gekennzeichnet. Mit 4 ist die Auslassöffnung, mit 5 die Einlass- öffnung des Kreiskolbenmotors bezeichnet. Der Kolben besitzt die drei Brennraumbegrenzungsflächen 6, 7 und 8. Erfindungsgemäss sind in den Kolben poröse Platten 10 eingebaut, unter denen sich ein Kanal 11 befindet. DieserKanal kann sich gegebenenfalls inRichtung entgegen demDrehsinn des Kolbens in seinem Querschnitt verjüngen und an seinem Ende 12 eine Verbindung in den Verbrennungsraum 13 haben. Mit 14 ist der Beginn des Kanals 11 und mit 15 eine Düse, die in Richtung auf den Kanal 11 einspritzt, bezeichnet.
Diese Einspritzung erfolgt bevorzugt in einem geschlossenen Kraftstoffstrahl. Mit 17 ist die verdichtungsseitige Einschnürung der Trochoide, die Öffnung des Kanals 11 mit 31 und die Düsenbohrung der Einspritzdüse 15 mit 32 bezeichnet.
In Fig. 2 ist der im Drehsinn verlaufende Verbrennungsraum 16 erkennbar sowie die Luftbewegungen 18, die zwischen den Räumen 13 und 16 entstehen. Ferner sind Zündquellen 19,20 vorgesehen und die Platte 10 bzw. der Kolbenboden weist eine leichte Abflachung 21 auf.
In Fig. 3 ist mit 22 eine seitliche Öffnung als Zuführung zum Kanal 11 unter der Platte 10 bezeichnet. Gemäss Fig. 4 weist die Platte 10 eine Öffnung 23 und eine Abweisnase 24 im Kanal 11 auf. Die Düse 33 liegt in der Bewegungsbahn der Bohrung 23. Fig. 5 zeigt einen nierenförmigen Querschnitt besitzenden Kanal 11, mit Räumen 25 und dazugehörigen Verbindungsöffnungen 26.
In den Fig. 6 und 7 sind Ausführungsformen der Verbindungsöffnungen 27,28, 29 und deren Lage dargestellt. In Fig. 8 bezeichnet 30 eine Platte, die am Kolbenboden befestigt ist.
Die übrigen Ziffern in den Figuren sind übereinstimmend.
Üblicherweise ist von der dieselmotorischen Einspritzung her bekannt, dass die Düsenbohrung zusammen mit der Düsennadel in einem Düsenkörper untergebracht ist. Erfindungsgemäss kann, um den Eigenarten des Kreiskolbenmotors gerecht zu werden, von dieser üblichen Bauart abgegangen werden. Die Düsenbohrung 32 wird unmittelbar in das Gehäuse 1 der Trochoide eingebohrt. Die Düsennadel, die die Düsenbohrung 32 abschliesst, kann nun entweder ebenfalls ohne weiteren Zwischenkörperunmittelbar in das Trochoidengehäuse eingebaut, oder wie bisher üblich, in einem gesonderten Düsenkörper untergebracht werden. Durch diese Anordnung entsteht der Vorteil, dass das Überschleifen der Dichtleiste 3 über die Düsenbohrung unbeeinflusst von den Formabweichungen eines von aussen eingeschraubten Düsen-
<Desc/Clms Page number 4>
Körpers erfolgt.
Wenn in dem trochoidenförmigen Gehäuse 1 Bohrungen oder Vertiefungen angebracht sind, dann besteht die Gefahr, dass im Augenblick des Überschleifens dieser Bohrungen oder Vertiefungen die vor und hinter der Dichtleiste 3 unter verschiedenen Drücken stehenden Arbeitsgase eine heftige Luftbewegung hervorrufen, die zur Verletzung der Dichtleiste oder zu Schwierigkeiten an den Bohrungen oder Vertiefungen führt. Je nach dem Ablauf des Arbeitsspieles in den nebeneinanderliegendenKammern ist nun bei gewissen Stellungen des Kreiskolbens die Druckdifferenz gleich Null oder in der Nähe von Null. Eine solche Stellung ist annähernd in Fig. 1 gezeigt, bei der der Raum 13 im Zustand der Verdichtung ist, während der Raum 34 sich im Zustand der Entleerung befindet. In dieser Phase durchläuft die Druckdifferenz an der Dichtleiste 3 den Wert Null.
Es ist verständlich, dass dieser Augenblick der günstigste ist, um die Dichtleiste 3 eine Bohrung oder Vertiefung im trochoidenförmigen Gehäuse 1 überlaufen zu lassen, da in diesem Augenblick ein Gaswechsel nicht stattfindet.
Die Funktion der erfindungsgemässen Gemischbildungsvorrichtung ist nun folgende :
Wenn der Kolben sich in Richtung des Pfeiles 9 bewegt, befindet sich der Raum 13 im Zustand des Verdichtungshubes. Die Geschwindigkeit der Dichtleiste 3 in diesem Augenblick ist noch nahe ihrem Minimum. Wenn die Öffnung 31 des Kanals 11 in den Bereich derDüsenbohrung 32 kommt, beginnt die Einspritzung aus der Düsenbohrung 32, die den Kraftstoff in Richtung auf den Kanal 11 befördert. Bei dieser Einspritzung werden die gleichen Methoden verwendet, wie sie aus der Einspritzung von Kraftstoff bei Hubkolben-Diesel-oder Otto-Motoren bekannt sind. Der Strahlcharakter und der Abspritzdruck wird den Betriebsbedürfnissen angepasst.
Infolge der Eigengeschwindigkeit des Kraftstoffes, hervorgerufen durch die Druckeinspritzung, hat der Kraftstoff die Tendenz, in den Kanal 11 in Richtung auf das Kanalende 12 zu laufen. Da der Kolben sich in Richtung des Pfeiles 9 dreht, wird die Kraftstoffverteilung in der angegebenen Richtung durch die Drehbewegung des Kolbens vorteilhaft unterstützt. Die Verteilung des Kraftstoffes kann auch erfolgreich unter voller Ausnutzung allein der Trägheit des Kraftstoffes bewirkt werden, wodurch die Einspritzung durch die Düse 15 bei sehr niedrigen Drücken und niedrigen Einspritzgeschwindigkeiten aber grossem Strahlquerschnitt, durchgeführt werden kann. Bei letzterer Einbringungsart wird der Kanal 11 sozusagen über den Kraftstoff durch die Drehbewegung des Kolbens hinweggeschoben.
Im weiteren Verlauf der Drehbewegung des Kolbens nimmt der Kraftstoff die Geschwindigkeit des Kolbens an, wodurch er einer Fliehkraftwirkung ausgesetzt wird. Diese Fliehkraftwirkung presst ihn durch die poröse Platte 10, bringt ihn dort zur Verdampfung und lässt ihn dann inden Verbrennungsraum 13 austreten. Durch diese erfindungsgemässe Massnahme wird mit Erfolg vermieden, dass auch bei einer sehr geringen radialen Brennraumerstreckunb Brennstoff in flüssiger Form an die gekühlten Wände des Gehäuses 1 gelangt.
Der weitere Verlauf der Gemischbildung findet nunmehr wie folgt statt :
In Fig. 2 ist die Stellung des Kolbens gezeigt, die kurz vor dem Verdichtungsmaximum liegt. Infolge der Eigenart der Trochoidenform sind zwei Verbrennungsräume 13 und 16 vorhanden. An der Einschnü-
EMI4.1
Trochoide kommt eine heftige Luftbewegung zustande, da die Luft aus dem Raumzwungen, teilweise durch die poröse Platte 10, entsprechend den Pfeilen 18, hindurchzutreten, wobei eine intensive Gemischbildung mit dem in der Platte 10 verdampften Kraftstoff stattfindet. Ein Teil des Kraftstoffes ist an dem Ende 12 des Kanals 11 und, bedingt durch die Fliehkraft, auch im Bereich des Raumes 13 aus der Platte 10 ausgetreten, so dass auch im Raum 13 eine Gemischbil- dung stattgefunden hat.
Durch die Verdichtungstemperatur im Raum 13 oder durch eine etwa angebrachte Zündquelle 19 kann die Verbrennung in dem Raum 13 eingeleitet werden, wobei dadurch die Bewegung der Gasmassen durch die poröse Platte 10 bzw. den Kanal 11 noch verstärkt wird, bis die Verbrennung auf den Raum 16 übergreift. Durch Anbringung einer zweiten Zündquelle 20, deren Zündwirkung zeitlich vor, gleichzeitig oder nach der Zündquelle 19 einsetzt, kann man die Strömungsvorgänge an der Einschnürung 17 beliebig beeinflussen.
Durch die weitere Drehung des Kolbens wird die poröse Platte 10 auf ihrer Gesamtlänge durch die gemischbildende Gasströmung beaufschlagt. Der Anfang und das Ende der peripherischen ErstreckungderPlatte 10 ermöglichen weitgehend eine günstige Verteilung des Kraftstoffes in dem gesamten, langgestreckten Verbrennungsraum 13 und 16 vorzunehmen und die erforderliche, langsame Freiwerdung der Wärme in beliebiger Weise zu steuern. Durch die Abflachung 21 der Platte 10 lassen sich auch die Strömungsgeschwindigkeiten zeitlich und örtlich beliebig variieren und es lässt sich auf diese Weise vermeiden, dass durch Drosselung zu grosse innere Verluste stattfinden.
Die Erstreckung der porösen Platte in Richtung der Kurbelwellenachse kann verschieden
<Desc/Clms Page number 5>
gross gemacht werden, um bestimmte Zonen des Brennraumes mit mehr oder weniger Kraftstoff zu versorgen. Auch die Ausbildung des Kanals 11, besonders dessen radiale und axiale Erstreckung, ist ein wirksames Hilfsmittel zur Erreichung dieses Zweckes.
In den Fig. 3 und 4 sind andere Methoden zur Einbringung des Kraftstoffes wiedergegeben.
Gemäss Fig. 3 erfolgt die Einbringung des Kraftstoffes in den Kanal 11 unter der porösen Platte 10 nicht senkrecht, sondern parallel zur Kurbelwellenachse, u. zw. oberhalb der seitlichen Dichtleiste. In der gezeichneten Stellung geht die Dichtleiste 3 durch das Minimum ihrer peripherischen Geschwindigkeit. Dieser Augenblick kann bevorzugt zur Einbringung des Kraftstoffes in den Kanal 11 unter der porösen Verdampferplatte 10 benutzt werden. In diesem Fall wird der Kraftstoff nahezu drucklos von der seitlichen Gehäusewand aus in die Öffnung 22 eingebracht. Entsprechend der Drehbewegung des Kolbens in Richtung des Pfeiles 9 verteilt sich der Kraftstoff nunmehr in der beschriebenen Form unterhalb der Platte 10.
Nach Fig. 4 erfolgt die Einbringung des Kraftstoffes nicht an dem vorlaufenden Ende der Platte 10, sondern in deren Mittelteil. Die Düse 33 ist hier in der Nähe der Einschnürung der Trochoide angebracht, und die Platte 10 besitzt eine Öffnung 23, durch die der Brennstoff in den Kanal 11 gelangen kann. Die Verteilung des Brennstoffes erfolgt durch eine Abweisnase 24 in den Kanal 11.
In Fig. 5 ist eine weitere Variante der Kraftstoffverteilung gezeigt. Der Kolben ist hier parallel zur Kurbelwellenachse geschnitten. Der Kanal 11 ist in diesem Fall unmittelbar im Kreiskolben 2 angeordnet und als Fangrille ausgebildet, so dass der Kraftstoff, der entsprechend den Möglichkeiten nach den Fig. l, 3 oder 4 eingebracht worden ist, sich unter dem Einfluss der Kolbendrehung in dem Kanal 11 wohl verteilen, nicht jedoch unter dem Einfluss der Fliehkraft diese Rille verlassen kann, sondern sich in den Räumen 25 sammelt.
Tritt dann der in der Beschreibung zu Fig. 2 erwähnte Überströmeffekt ein, dann wird der Kraftstoff innerhalb des Kanals 11 durch die bei 26 eintretende und den Kanal 11
EMI5.1
durchströmende Verdichtungsluft verdampft und den Räumen 13 und 16 in der bei der Erläuterungder Fig. 2 beschriebenen Art und Weise zugeführt. Die Öffnung 26 des Kanals 11 kann in diesem Fall als ein durchgehender oder mehrfach unterbrochener Schlitz ausgebildet sein oder aus einer Anzahl von kreisrunden Verbindungsbohrungen bestehen.
Je nach der gewünschten axialen Verteilung kann der Kanal 11 entsprechend der Fig. 6 seitliche Verteilungsbohrungen 27 besitzen oder sich entsprechend der Fig. 7 in zwei und mehr Kanäle teilen, die gegebenenfalls auch von zwei verschiedenen Düsen beschickt werden können. Je nach der gewünschten Verteilungswirkung des Kraftstoffes können dabei die Verbindungsbohrungen 28,29 zu den Räu- men 13 und 16 in verschiedenen Formen ausgeführt sein. In den Bereichen der grösseren Kraftstoffanhäufung und des erwünschten späteren Austrittes des Kraftstoffes ist die Bohrungsform 28 vorherrschend, während in den Zonen, in denen zuerst ein Brennstoffaustritt erfolgen soll, die Formen entsprechend den Bohrungen 29 verwendet werden.
Mit diesen Mitteln gelingt es, eine Brennstoffverteilung längs des Kolbens herbeizuführen, die der Luftverteilung entspricht und den Erfordernissen der zeitlichen Beschickung dieser Luftvolumina.
In den Zeichnungen sind zur Klarheit die räumlichen Abmessungen der Kanäle übertrieben worden.
Für die praktische Ausführung lassen sie sich auf die Rückseite einer Platte einarbeiten, die dann in den Kolbenboden eingesetzt wird. Beim Einsetzen dieser Platte besteht die Möglichkeit, durch die Grösse der Berührungsfläche mit dem wärmeabführenden Kolbenteil die Temperatur auf die Werte zu bringen, die die grösste Verdampfungsgeschwindigkeit für die zur Verwendung kommenden Kraftstoffe ergibt.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.