DE1301610B

DE1301610B - Nach dem Dieselverfahren arbeitende Kreiskolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1301610B
Application number: DEY611A
Authority: DE
Inventors: Yokoi Motoaki; Hamada Yoshitsugu
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1961-07-10
Filing date: 1962-07-10
Publication date: 1969-08-21
Also published as: GB1005264A; US3236213A

Description

Die Erfindung betrifft eine nach dem Dieselverfahren arbeitende Kreiskolben-Brennkraftmaschine, die aus zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Kreiskolbenmaschinen in Trochoidenbauart mit je einem planetenartig um die Achse einer Maschinenwelle kreisenden, mehreckigen Kolben besteht, von denen die erste nach dem normalen Zyklus als Brennkraftmaschine, die zweite als Ladeluftverdichter für die erste arbeitet, wobei in der Maschine mindestens je ein kolbengesteuerter Ein- und Auslaß für ein gasförmiges Medium im Maschinengehäuse vorgesehen ist, dessen Mäntel eine Innenfläche in Form einer mehrbogigen Epitrochoide aufweisen, und wobei die Brennkraftmaschine vor einer achsnahen Zone im Mantel eine Auslaßsteueröffnung aufweist und in einem Seitenteil eine Einlaßsteueröffnung angeordnet ist, wie sie sich aus der naheliegenden Kombination aus der deutschen Auslegeschrift 1077 916 und der französischen Patentschrift 1259 270 ergibt.
Dabei sei zur Terminologie darauf hingewisen, daß die oben verwendete Ausdrucksweise »vor einer achsnahen Zone« ebenso wie die später verwendeten Begriffe »vor dem Zündabschnitt liegende achsferne Zone« und »nach jeder achsnahen Zone« sich jeweils auf den Drehsinn des Kolbens beziehen.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1077 916 ist es bekannt, bei getrennten Maschinen die Arbeitskainmern der einen Maschine im Viertaktverfahren zu steuern und die Arbeitskammern der anderen Maschine als Ladeluftverdichter arbeiten zu lassen.
Die französische Patentschrift 1259 270 ist Vorbild für die Anordnung der Einlaß- und Auslaßsteueröffnungen der Brennkraftmaschine.
Ausgehend von diesem Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gesamte Kompressionsverhältnis der eingangs genannten Kreiskolben-Brennkraftmaschine bei gedrängter Bauweise zu erhöhen und dabei einen möglichst kleinen schädlichen Restraum bei großem Hubraum sowie eine gute Ausnutzung der Expansion und damit einen wirtschaftlichen Dieselbetrieb zu ermöglichen.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgernäß durch die Kombination der folgenden Merkmale gelöst: a) die Einlaßsteueröffnung ist in der Nähe der vor dem Zündabschnitt liegenden achsfernen Zone angeordnet; b) der Ladeluftverdichter weist in an sich bekannter Weise nach jeder achsnahen Zone einen Einlaß und vor jeder achsnahen Zone einen Auslaß auf; c) die Einlaßsteueröffnung der Brennkraftmaschine ist in an sich bekannter Weise mit der Ladeluft-AusMsteueröffnung des Ladeluftverdichters und die Auslaßsteueröffnung der Brennkraftmaschine in an sich bekannter Weise mit einer Abgas-Einlaßsteueröffnung des Ladeluftverdichters verbunden; d) die Ladeluft-Auslaßsteueröffnung des Ladeverdichters ist in einem Seitenteil des Ladeverdichters angeordnet; e) die zur Verdichter-Maschinenwelle exzentrische Drehachse des dreieckigen Kolbens des Ladeluftverdichters, in dessen Arbeitskammern abwechselnd die Frischluftverdichtuing und eine Nachexpansion der Verbrennungsgase der Brennkraftmaschine stattfindet, ist gegenüber der zur Brennkraftinaschinenwelle exzentrischen Drehachse des ebenfalls dreieckigen Kolbens der Brennkraftmaschine in Umfangsrichtung der kreisenden Bewegung der Kolben, bezogen auf die Hauptachsen der Epitrochoiden-Mantelflächen, um einen Winkel zwischen 90 und 1501 versetzt. Dabei wird die Erfindung in der Gesamtheit der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gesehen.
Durch die bestimmte Anordnung der einzelnen Steueröffnungen in Verbindung mit der gegenseitigen Versetzung der Drehachsen beider Kolben wird bevor eine Verbindung zwischen der Einlaßsteueröffnung der Brennkraftmaschine und der Ladeluft-Auslaßsteueröffnung des Ladeluftverdichters hergestellt ist, in der Brennkraftmaschine ein Unterdruck erzeugt, der nach Herstellung der Verbindung zwischen diesen Steueröffnungen die Luftfüllung derart begünstigt, daß sowohl die Arbeitskammer der Brennkraftmaschine als auch diejenige des Ladeluftverdichters mit Frischluft gefüllt werden, so daß nach dem anschließenden Vorverdichten durch den Ladeluftverdichter in der Arbeitskammer der Brennkraftmaschine angenähert die Summe der durch beide Kreiskolbenmaschinen ansaugbaren größten Luftvolumina im komprimierten Zustand enthalten ist, was eine besonders hohe Kompression ergibt, wie sie für den Dieselbetrieb notwendig ist, ohne daß hierbei der Kennwert Rle weder bei der Brennkraftmaschine noch bei dem Ladeluftverdichterübermäßig erhöht werden müßte.
Da durch die Anordnung der Steueröffnungen und die gegenseitige Versetzung der Drehachsen der Kolben vor der Aufladung der Brennkraftmaschine eine Pumparbeit zur Erzeugung des Unterdruckes geleistet wird, die sich nach dem Einströmen der Luft in die Arbeitskammer der Brennkraftmaschine in Form einer Temperaturerhöhung dieser Frischluft auswirkt, wird insbesondere der Startvorgang der Brennkraftmaschine erleichtert.
Durch die erfindungsgemäße Steuerung wird auch der Entspannungsvorgang in günstiger Weise beeinflußt, was einen sehr wirtschaftlichen Dieselbetrieb ergibt.
Die Anordnung der Ladeluft-Auslaßsteueröffnung des Ladeluftverdichters sowie diejenige der Einlaßsteueröffnung in der Brennkraftmaschine im Seitenteil dieser Maschine, wobei diese Anordnung durch den verhältnismäßig kleinen Kennwert Rle begünstiggt wird, ergibt günstige Steuerseiten und einen geringen den Grad der Aufladung beeinträchtigenden Restraum.
Im Hinblick auf eine möglichst verlustarme Aufladuno, der Brennkraftmaschine ist es von Vorteil, wenn die Hauptachse der Epitrochoiden-Mantelfläche der Brennkraftmaschine relativ zu der des Ladeluftverdichters geneigt ist, wodurch sich ein besonders kurzer Verbindungskanal ergibt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch ein aus einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine und einer als Ladeluftverdichter wirkenden Kreiskolbenmaschine zusammengesetztes Antriebsaggregat nach der Linie B-B der F i g. 2, F i g. 2 einen Querschnitt nach der Lftlie A -A der Fig. 1, Fig. 3 bis 20 eine schematische Darstellung der Kolben in verschiedenen Betriebsstellungen.
Gemäß F i g. 1 ist ein Mantel 1 einer Zweifach-Kreiskolbenmaschine in zwei selbständige Innenräume unterteilt, in denen zwei Kolben3 und 5 auf getrennten Exzenterwellen7 und 9 drehbar gelagert sind, deren Exzenter mit 7 a und 9 a bezeichnet sind. Die Drehachsen der Kolben sind, bezogen auf die Hauptachsen der Mantelflächen, gegeneinander um etwa 1201> versetzt. wobei die Achse des Kolbens 5 vorauseilt. Mit ihren in den Ecken angeordneten Dichtleisten unterteilen die Kolben jeden Innenraum in drei Arbeitskammern V bzw. V' (F i g. 3 bis 20). Koaxial zu den Exzenterwellen 7 und 9 sind in dem Seitenteil 15 Ritzel 11 und 13 angeordnet, die über Hohlräder 17 und 19 mit den entsprechenden Kolben 3 und 5 im Eingriff stehen. Das Verhältnis der Getriebeverbindung 11/17 und 13/19 beträgt jeweils 2: 3. Auf einem Ende der Exzenterwellen 7 und 9 sind außerdem jeweils Zahnräder 21 bzw. 23 angeordnet, die dieselbe Zähnezahl besitzen und über ein Zwischenrad 25 im Eingriff miteinander stehen. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß sich die beiden Exzenterwellen 7 und 9 in derselben Richtung und mit derselben Geschwindigkeit drehen und daß sich dementsprechend die beiden Kolben 3 und 5 in derselben Richtung wie die Exzenterwellen 7 und 9 um ihre jeweilige Achse mit einem Geschwindigkeitsverhältnis von 3 : 1 drehen.
Gemäß F i g. 1 ist ein Einlaßkanal 27 für Frischluft vorgesehen. über einen überströmkanal in einem Seitenteil 30 ist der Innenraum der größeren, als Ladeluftverdichter betriebenen Kreiskolbenmaschine 1 mit dem der kleineren, als Brennkraftmaschine betriebenen Kreiskolbenmaschine 11 verbunden. Der überströmkanal verbindet die Auslaßsteueröffnung 29 des Ladeluftverdichters 1 mit der Einlaßsteueröffnung 31 in der Brennkraftmaschine 11. Der Austritt der heißen Verbrennungsgase aus der Brennkraftmaschine 11 erfolgt über eine Auslaßsteueröffnung 33, einen Verbindungskanal, der in die Einlaßsteueröffnung 35 in dem Ladeluftverdichter I mündet, und von da nach weiterer thermischer Ausnutzung durch den Auslaßkanal 37 ins Freie. Die Zufuhr des Brennstoffs erfolgt über die Brennstoffdüse 39 im Mantel.
In den F i g. 3 bis 20 ist der Arbeitsablauf mit dem Volumen Vi der Brennkraftmaschine und den Volumen V, und V" des Ladeluftverdichters in verschiedenen Phasen dargestellt.

Claims

Patentansprüche: 1. Nach dem Dieselverfahren arbeitende Kreiskolben-Brennkraftmaschine, die aus zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Kreiskolbenmaschinen in Trochoidenbauart mit je einem planetenartig um die Achse einer Maschinenwelle kreisenden, mehreckigen Kolben besteht, von denen die erste nach dem normalen Zyklus als Brennkraftmaschine, die zweite als Ladeluftverdichter für die erste arbeitet, wobei in der Maschine mindestens je ein kolbengesteuerter Ein-und Auslaß für ein gasförmiges Medium im Maschinengehäuse vorgesehen ist, dessen Mäntel eine Innenfläche in Form einer mehrbogigen Epitrochoide aufweisen, und wobei die Brennkraftmaschine vor einer achsnahen Zone im Mantel eine Auslaßsteueröffnung aufweist und in einem Seitenteil eine Einlaßsteueröffnung angeordnet ist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale: a) die Einlaßsteueröffnung (31) ist in der Nähe der vor dem Zündabschnitt liegenden achsfernen Zone angeordnet; b) der Ladeluftverdichter (11) weist in an sich bekannter Weise nach jeder achsnahen Zone einen Einlaß (27, 35) und vor jeder achsnahen Zone einen Auslaß (29, 37) auf; c) die Einlaßsteueröffnung (31) der Brennkraftmaschine (1) ist in an sich bekannter Weise mit der Ladeluft-Auslaßsteueröffnung (29) des Ladeluftverdichters (11) und die Auslaßsteueröffnung (33) der Brennkraftmaschine in an sich bekannter Weise mit einer Abgas-Einlaßsteueröffnung des Ladeluftverdichters verbunden; d) die Ladeluft-Auslaßsteueröffnung (29) des Ladeluftverdichters (11) ist in einem Seitenteil des Ladeluftverdichters angeordnet; e) die zur Verdichter-Maschinenwelle (9) exzentrische Drehachse des dreieckigen Kolbens (5) des Ladeluftverdichters (11), in dessen Arbeitskammem abwechselnd die Frischluftverdichtung und eine Nachexpansion der Verbrennungsgase der Brennkraftmaschine (I) stattfindet, ist gegenüber der zur Brennkraftmaschinenwelle (7) exzentrischen Drehachse des ebenfalls dreieckigen Kolbens (3) der Brennkraftmaschine (1) in Umfangsrichtung der kreisenden Bewegung der Kolben, bezogen auf die Hauptachsen der Epitrochoiden-Mantelflächen, um einen Winkel zwischen 90 und 1500 versetzt.
2. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen der Auslaßsteueröffnung (29) des Ladeluftverdichters (11) und der Einlaßsteueröffnung (31) der Brennkraftmaschine (1) sowie zwischen der Auslaßsteueröffnung (33) der Brennkraftmaschine und der Einlaßsteueröffnung (35) des Ladeluftverdichters in einem Seitenteil des Maschinengehäuses (1) angeordnete Kanäle sind. 3. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptsache der Epitrochoiden-Mantelfläche der Brennkraftmaschine (1) relativ zu der des Ladeluftverdichters (11) derart geneigt ist, daß die Verbindung zwischen Auslaßsteueröffnung (29) und Einlaßsteueröffnung (31) kurz ist.