DE10144616A1

DE10144616A1 - Rotationskolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10144616A1
Application number: DE10144616A
Authority: DE
Inventors: Rainer Ortmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2003-03-27
Also published as: FR2829527A1; JP2003138945A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine (1), insbesondere in Trochoidenbauart, beinhaltend ein Gehäuse (2) mit einer Mantelinnenfläche (6) und einen auf dem Exzenter einer Exzenterwelle drehbar angeordneten Rotationskolben (4), der zwischen sich und der Mantelinnenfläche (6) während der Kolbenrotation sich vergrößernde oder verkleinernde Kammern (8, 10, 12) begrenzt, sowie wenigstens einen Lufteinlasskanal (20) zum Ansaugen von Verbrennungsluft, mindestens einen Auslasskanal (22) für den Ausschub von verbrannten Gasen sowie eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (24) mit wenigstens einem in einer Mantelwand (26) des Lufteinlasskanals (20) aufgenommenen Einspritzventil (28). DOLLAR A Die Erfindung sieht vor, dass der Einspritzstrahl des Einspritzventils (28) ohne Kontakt mit der Mantelwand (26) des Lufteinlasskanals (20) im Wesentlichen in Strömungsrichtung der Anbsaugluft und direkt in diejenige der Kammern (8) gerichtet ist, welche während der Ansaugphase der Verbrennungsluft mit dem Lufteinlasskanal (20) in Verbindung steht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Rotationskolben- Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der US 3,699,929 bekannt, wobei eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Arbeitskammer während der Verdichtungsphase der Verbrennungsluft vorhanden ist. In den Rotationskolben ist ein Schußkanal integriert, in welchen der Kraftstoff direkt eingespritzt und ein fettes Gemisch erzeugt wird. Ähnlich einem Wirbel- oder Vorkammermotor wird das fette Gemisch dort entzündet und über einen Überströmkanal zur weiteren Oxidation und Expansion in eine weitere Kammer geleitet. Aufgrund der Überströmung entstehen jedoch unerwünschte Strömungsverluste und damit Verbrauchsnachteile.

Aus der gattungsbildenden DE-OS-15 26 379 ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine bekannt, beinhaltend ein Gehäuse mit einer Mantelinnenfläche und einen auf dem Exzenter einer Exzenterwelle drehbar angeordneten Rotationskolben, der zwischen sich und der Mantelinnenfläche während der Kolbenrotation sich vergrößernde oder verkleinernde Kammern begrenzt, sowie wenigstens einen Lufteinlasskanal zum Ansaugen von Verbrennungsluft, mindestens einen Auslasskanal für den Ausschub von verbrannten Gasen sowie eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit wenigstens einem Einspritzventil.

Gemäß einer ersten Alternative ist das Einspritzventil in der Mantelwand des Gehäuses und außerhalb des Lufteinlasskanals aufgenommen, wobei die Kraftstoffeinspritzung in die während der Ansaugphase mit dem Lufteinlasskanal in Verbindung stehende Kammer entgegen der Lufteinlassrichtung erfolgt. Hierdurch kommt es zu einer im wesentlichen homogenen Verteilung des Kraftstoffs in der gesamten in der Kammer vorhandenen Ansaugluft, so dass das Vorhandensein eines zündfähigen Gemisches an der Zündkerze eine verhältnismäßig große Kraftstoffmenge voraussetzt. Darüber hinaus befindet sich das Einspritzventil nicht weit von der Zündkerze entfernt, so dass es thermisch und mechanisch relativ hoch belastet ist und demzufolge ein entsprechend hochwertiges und warmfestes Material zu seiner Herstellung erforderlich ist, was sich ungünstig auf die Fertigungskosten auswirkt.

Gemäß einer zweiten Alternative der bekannten Rotationskolben-Brennkraftmaschine ist die Einspritzdüse in der Mantelwand des Lufteinlasskanals im wesentlichen senkrecht zu dessen Mittelachse aufgenommen. Infolgedessen erfolgt die Einspritzung direkt in den Lufteinlasskanal und quer zur Strömung der Ansaugluft, wodurch die Gefahr besteht, dass sich Kraftstofftröpfchen an der Mantelwand des Lufteinlasskanals ablagern.

Vorteile der Erfindung

Gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 ist demgegenüber der Einspritzstrahl ohne Kontakt mit der Mantelwand des Lufteinlasskanals im wesentlichen in Strömungsrichtung der Ansaugluft direkt in die ansaugende Kammer gerichtet, so dass es zum einen zu keiner unerwünschten Ablagerung von Kraftstofftröpfchen an der Mantelwand des Lufteinlasskanals kommen kann. Zum andern bildet sich aufgrund der erfindungsgemäßen Merkmale in der ansaugenden Kammer eine lokal begrenzte Gemischwolke aus, welche von der Kolbendichtung des Rotationskolbens eingeholt und dadurch mittransportiert wird. Aufgrund der Trägheit der Gemischwolke und der relativ hohen Rotationsgeschwindigkeit des Rotationskolbens kann keine Diffusion des Gemischs in die in Drehrichtung des Rotationskolbens gesehen vorgeordnete Luftmasse stattfinden. Eine homogene Durchmischung von Kraftstoff mit der gesamten in der Kammer vorhandenen Luft wird daher verhindert. Vielmehr bildet sich eine Ladungsschichtung aus, indem die soweit angereicherte Gemischwolke durch den sich drehenden Rotationskolben zur Zündkerze transportiert wird, dass eine sichere Entflammung garantiert ist, andererseits aber die Verbrennung im Mittel bei abgemagertem Gemisch stattfindet. Weil die Einspritzdüse in der Mantelwand des Lufteinlasskanals aufgenommen ist, wird sie keinen hohen Drücken oder Temperaturen ausgesetzt, so dass zu ihrer Herstellung günstigere Materialien verwendet werden können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.

Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme strömt die Verbrennungsluft in allen Betriebszuständen durch einen ungedrosselten Lufteinlasskanal in die Kammern der Rotationskolben- Brennkraftmaschine ein. Da der Lufteinlasskanal ungedrosselt ist, können ungünstige Strömungs- und Füllungsverluste vermieden werden.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Maßnahme liegt der Einspritzdruck in einem Bereich von ungefähr 4 × 10⁵ Pa bis 5 × 10⁵ Pa. Durch Verwendung eines relativ geringen Druckniveaus bei der Kraftstoffeinspritzung (Niederdruckeinspritzung) ist die Eindringtiefe des Kraftstoffs in die Kammer aufgrund des geringen Einspritzimpulses niedrig. Dies trägt zur Vermeidung einer homogenen Durchmischung des eingespritzten Kraftstoffs mit der Kammerluft bei und fördert die Ausbildung einer geschichteten Ladung.

Als Einspritzventil wird vorzugsweise ein im Bereich der Hubkolben-Brennkraftmaschinen übliches Mehrlochventil verwendet, durch welches der eingespritzte Kraftstoff mit der Verbrennungsluft eine optimal zündfähige Gemischwolke bilden kann.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 bis Fig. 5 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung in verschiedenen Stadien des Arbeitsspiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Von einer bevorzugten Ausführungsform einer Rotationskolben- Brennkraftmaschine 1 gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 aus Maßstabsgründen nur ein Gehäuse 2 mit einem innerhalb des Gehäuses 2 umlaufenden Rotationskolben 4 in schematischer Querschnittsdarstellung gezeigt.
Das Gehäuse 2 hat eine im Querschnitt gesehen eine Epitrochoidenkurve bildende Mantelinnenfläche 6, innerhalb welcher der vorzugsweise durch ein gleichseitiges Bogendreieck gebildete Rotationskolben 4 beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn umläuft. An den Ecken des Rotationskolbens 4 sind an der Mantelinnenfläche 6 entlang laufende, drei Arbeitskammern 8, 10, 12 begrenzende und diese gegeneinander abdichtende Dichtkanten 14 ausgebildet, wobei eine seitliche Begrenzung der Kammern 8, 10, 12 durch nicht dargestellte, am Gehäuse 2 befestigte Seitenteile erfolgt. Die Führung des Rotationskolbens 4 erfolgt auch durch eine mittige, zylindrische Öffnung 16 mit einer Innenverzahnung, die auf einem Ritzel 18 abwälzt.
In Fig. 1 ist der Rotationskolben 4 in einer Stellung gezeigt, in welcher eine Kammer 8 mit einem etwa senkrecht in die Mantelinnenfläche 6 des Gehäuses 2 mündenden Lufteinlasskanal 20 in Verbindung steht. Der Lufteinlasskanal 20 ist ungedrosselt, d. h. dass die Verbrennungsluft in allen Betriebszuständen durch einen im Querschnitt unveränderten Lufteinlasskanal 20 strömt. Im weiteren steht in der gezeigten Stellung eine Kammer 12 mit einem Auslasskanal 22 in Verbindung, um während eines vorangehenden Taktes verdichtete und verbrannte Gase aus dem Gehäuse 2 auszuschieben. In einer weiteren, in Drehrichtung des Rotationskolbens 4 gesehen der Kammer 12 und der Kammer 8 zwischengeordneten Kammer 10 erfolgt die Verbrennung eines zuvor gebildeten und verdichteten Kraftstoff-Luft- Gemischs statt. In jeder der drei Kammern 8, 10, 12 läuft während einer Umdrehung des Rotationskolbens 4 ein vollständiges Arbeitsspiel bestehend aus Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen statt.
Darüber hinaus ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 24 vorhanden, welche wenigstens ein in einer Mantelwand 26 des Lufteinlasskanals 20 aufgenommenes Niederdruck-Einspritzventil 28 beinhaltet, wobei der Einspritzdruck gleich oder höher als 4 × 10⁵ Pa ist. Dabei ist das Einspritzventil 28 in der Mantelwand 26 des Lufteinlasskanals 20 derart festgelegt, dass seine Düse 30 vollständig von deren radial innerer Umfangsfläche umschlossen und sein Einspritzstrahl 32 ohne Kontakt mit dieser Umfangsfläche im wesentlichen in Strömungsrichtung der Ansaugluft und direkt in die ansaugende Kammer 8 gerichtet ist, welche während der Ansaugphase der Verbrennungsluft mit dem Lufteinlasskanal 20 in Verbindung steht.
Hierdurch bildet sich in der ansaugenden Kammer 8 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in Form einer in Fig. 2 als schwarze Fläche dargestellten lokalen Gemischwolke 34 aus. Die Laststeuerung der Rotationskolben-Brennkraftmaschine 1 erfolgt durch die Größe der Gemischwolke 34, d. h. über die Menge des eingespritzten Kraftstoffs. Die Gemischwolke 34 wird durch Weiterdrehung des Rotationskolbens 4 vom Lufteinlasskanal 20 getrennt und durch eine die ansaugende Kammer 8 in Drehrichtung des Rotationskolbens 4 gesehen endseitig begrenzende Dichtkante 14 des Rotationskolbens 4 entlang der Mantelinnenfläche 6 des Gehäuses 2 im Gegenuhrzeigersinn weitertransportiert. Eine Durchmischung und Diffusion des Kraftstoffs in die in Drehrichtung des Rotationskolbens gesehen der Gemischwolke 34 vorgeordnete Luftmasse findet jedoch nicht statt, da die Drehgeschwindigkeit des Rotationskolbens 4 größer ist als die Diffusionsgeschwindigkeit von Kraftstoff in Luft.
Durch Weiterdrehung des Rotationskolbens 4 in die in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigte Lage reduziert sich das Volumen der die Gemischwolke 34 transportierenden Kammer 8, wodurch die Gemischwolke 34 selbst auch verdichtet wird. Wenn die verdichtete Gemischwolke 34 eine in der Mantelwand 6 angeordnete Zündkerze 36 erreicht hat (Fig. 5), erfolgt die Zündung und anschließende Expansion des Verbrennungsgases, welche den Rotationskolben 4 in eine Stellung treibt, in welcher die Kammer 8 mit dem Auslasskanal 22 in Verbindung gerät, um die Verbrennungsgase auszustoßen.

Claims

1. Rotationskolben-Brennkraftmaschine (1), insbesondere in Trochoidenbauart, beinhaltend ein Gehäuse (2) mit einer Mantelinnenfläche (6) und einen auf dem Exzenter einer Exzenterwelle drehbar angeordneten Rotationskolben (4), der zwischen sich und der Mantelinnenfläche (6) während der Kolbenrotation sich vergrößernde oder verkleinernde Kammern (8, 10, 12) begrenzt, sowie wenigstens einen Lufteinlasskanal (20) zum Ansaugen von Verbrennungsluft, mindestens einen Auslasskanal (22) für den Ausschub von verbrannten Gasen sowie eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (24) mit wenigstens einem in einer Mantelwand (26) des Lufteinlasskanals (22) aufgenommenen Einspritzventil (28), dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzstrahl des Einspritzventils (28) ohne Kontakt mit der Mantelwand (26) des Lufteinlasskanals (20) im wesentlichen in Strömungsrichtung der Ansaugluft und direkt in diejenige der Kammern (8) gerichtet ist, welche während der Ansaugphase der Verbrennungsluft mit dem Lufteinlasskanal (20) in Verbindung steht.

2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft in allen Betriebszuständen durch einen ungedrosselten Lufteinlasskanal (20) in deren Kammern (8, 10, 12) einströmt.

3. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (28) ein Niederdruck-Einspritzventil ist und der Einspritzdruck gleich oder höher als 4 × 10⁵ Pa ist.

4. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (28) ein Mehrlochventil ist.

5. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laststeuerung über die Menge des eingespritzten Kraftstoffs erfolgt.