DE1426039A1 - Luftverdichtende Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung - Google Patents

Description

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Aktiwgwll—»ft Werk lttrnb«rg

lürnberg, 31. Mars 1968

ittftT*r*i«htende Kreiekolbenbrennkrafteaschine «it Brennstoffeinspritzung

91· Erfindung besieht sieh auf eine luftverdichtende Irels-

und Selbstzündung und kolbenbrennkraftmaechine «it Brennetoffeinepritzung/sit eine« Gehäuse, bestehend au· einem feststehenden Mantel, de··«· nehrbogige inner· Kantelflach· im Querschnitt die Form einer nehrboglgen Epitroehoide aufweist und mit Seitenteilen, die zusammen mit dem Mantel einen Innenraum mit Ein- und Auelaßkanälen begrenzen, welcher senkrecht zu dem Seitenteilen von einer Exzenterwelle durchsetst ist, auf derem Exzenter ein mehreekiger Kolben drehbar gelagert let, dessen Drehzahl in einem festen Yerhfiltnie ^Tur Drehzahl der Exzenterwelle steht und wobei im Gehäuee eine Brennkammer mit einem übertritt«kanal angeordnet iet.

Bekanntlich werden bei solchen Maschinen vom Solben in einem Ansaugtakt, beispielsweise aus einem Yergaser, ein Brennetoffluftgemieoh angesaugt, in einem Kompression*takt verdichtet, da β Gemisch dann durch eine Fremd zü»d:mg8<iuelle, belspielsweiee eine Zündkerze, gezündet und in einem Expanslonetakt in Leietung umgesetzt. S allefllich werden

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Ν 46 124 Ιβ/46·5 18.8.19*7 et/wA

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In ei»·« Aussto8takt dl· verbrannt «a β**· «u» der Arbeite-» kaasmr tob lolbe» aufgeschoben.

Solche Kreiskolbenbreimkraftaaachiiien sind bisher praktisch nur für die Anwendung des Otto-Verfahren· als geeignet erachtet worden, da hier ein vorbereitete· Br*nnstoff-Luftgemisch in das Ansaug- und Koagpressiot&ekansmrToluBen gelangt» Dagegen sind die bsi der Burehfüimmg dee diesel» motorischen TsrbrenmungsYerfahrens auftretemden Schwierigkeit @n in Anbetracht der eigenartiges Ausbildung und Arbeitsweise eiser Erei sko lbenbrennkraftiiaseliim® siu groß eraohtet worden, um auf ©in© brauchbare Lösnmg l&isiEuarbeiten_o Deshalb hat san siel auoh aieÄt weit®!¹ IgqöM nad ea

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- im Kolbendrehrichtung gesehen - darauf folgenden achsfsratn Zton· angeordnet let.

Dabei wirkt sieh dit tangential in die Brennkammerkotttur übergehende Abflachung der Brennkammerwand für ein· etwa vorgesehene filaartige Wandauftragung des Brennstoffes bs-Bonders günstig aus. Hierdurch wird nämlich di« in die Brennkammer einströmende Verbrennungsluft »o gelenkt, daß sie an der mit dem Brennstoffilm benetzten Brenakaamerwand in breiter Front vorbeistreichen und den Film vollständig ablösen und verdampfen kann.

Daß gerade diese vom Hubkolbenmotor her bekannte Brennraumanordnung von besonderem Vorteil für die Anwendung bei Kreiskolbenbrennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung ist, beruht auf der Erkenntnis, daß beim jeweiligen Vorbeilaufen der zwischen zwei Eadialdichtungen liegenden Kante dee Kolbens an der Eintrittsöffnung der Brennkammer infolge der bogenförmigen Flankenkontur durchwegs immer nur ein relativ kleiner Überströmquerschnitt zur Brennkammer freigegeben wird. Dabei wirken sich die Drosselverluste der Luftströmung in Anbetracht der Arbeitsweise dieser Haschinengattung für den Betrieb nicht störend aus. Die Folge dieses engen und gegenüber der lotrechten Brennkamme rachse entsprechend versetzten Überströmquersohnittes ist, daß eine intensive und je nach Auswahl der Brennkammerform, der Charakteristik des Brennstoffstrahles sowie dessen Richtung innerhalb der Brennkammer auch eine besonders gerichtete Luftströmung in der Brennkammer zu-22.7008

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•taad· kommen kann. Hierdurch wird «ie Ceeieelrtildamg, j· nach Art der Luftströmung, ferner der Brem*fe»am«rf et* und der Strahleharakterietik beispielsweise elfte uamdttelteare innige Vermietung des eingespritzten flüssige» Breauteffee mit der Verbrennungsluft bsv. eine filaartig« Auftra-■gung des Brennet of fee auf der Brennkaamewimmd weitgefcemd begünstigt, was jeweils einen guten Wirkungsgrad wie aueh günstige Brennstoff verbrauche ergibt·

Ee ißt eine Hubkolbenbrennkraftmaschine bekanntgeworden, bei der im Gehäuse zwar eine Beikamaer angeordnet ist. Diese Haschine ist jedoch gegenüber des Anmeldungsgegenstand hinsichtlich ihres Aufbaue· und ihrer Wirkungsweise völlig anders· Beispieleweiee ist hier die innere Mantelfläche - im Querschnitt gesehen -kreisrund, während der exzentrisch gelagerte» ebenfalls kreisrunde Kolben radial bewegliche Dichtleisten aufweist. Dadurch kann aber der beim Anaeldungegegenetand erzielte Effekt, daß nämlich durch die Verengung des Raumes zwischen achsnaher Zone und KoIbenflenke eine Luftströmung erreicht und in einer Wirbelkammer aufgenommen wird, nicht auftreten.

Die Konturen des Kolbens, d.h. die KolbenflanSce und die Form der diesen Kolben umgebenden inneren Mantelfläche werden so aufeinander abgestimmt, daß in der Brennkammer der für einen Selbstzündungsbetrieb netwendige Verdichtungsdruck der Verbrennungsluft erreicht wird. So können beispielsweise die Kolbenkanten je

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nach de« vorgesehenen Volumen der Breiwkftmmer von der bogenförmigen Kontur abweichen und etwa ftusgebaohtet sein.

'Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dad eine derartige Lage und Quersohnittsform der Eintritteöffnung des Obertrittskanals vorgesehen ist, daß beim Vorbeilaufen der Radialdichtung an der EintrittaÖffnung ein Säsauatausch «wischen der voreilenden Arbeltskammer und der nacheilenden Verdichtungskammer erfolgt. Dieser Vorgang ist insofern vorteilhaft, als hierdurch die Luft in der Verdiohtungskammer aufgeheizt und so insbesondere ein guter Kaltstart der Maschine erzielt wird. Da durch den übertretenden Anteil der Verbrennungsgase aueh noch eventuell unverbrannte oder unvollständig verbrannte Brennstoffteilchen in die Kompressionsluft eingeführt werden, können diese Teilchen beim darauffolgenden Verbrennungsvorgang in der Arbeitskammer endgültig verbrennen. Dies entspricht dem Wesen nach einer Abgasrückführung wie beim Bubkolbenmotor» In diesem Fall wird man die Brennkammerwandung ·ο anordnen, daß der Gasauatausoh nooh kurz vor dem Aaslassen der Verbrennungegase erfolgt, jedoch beendet ist, wenn durch die Radialdichtung der Auslaß für die Verbfennungsg&se freigegeben wird; denn dann entsteht ein schneller Druck- .· abfall in der Brennkammer. Ein Gasaustausoh köamte dann infolge der einsetsenden Abgasstrumung in Sichtung des Auslasses bioht mehr xustande korneen. Vielmehr würde»: dl* Abgase durch die nftohströmead« Kosyreaslonslttft lediglich

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in Sen AüalsS.auagaaahoami w®s€®a aiii i@? *ta·

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od@r auoh eine hiervon al-wel«5fe@ai©_s l@i>®lts sotor her bekannte Fo;^ hms» Quer@@M@itt m%fw^ia«%«. äies» aei ist as vorteilhaft® wemi g@@ä§ aims» %r«ite£>®s& M*rJoe«l der ,Erfindung die -Eintrittsöf£&ung^: gegaalfeer i·» 3?9BS» kassrasr halsartig sia^8sc3aaürt ist» Bas !»egUaatigt dl« Luft Strömung und wirkt mtoh. auf dsa ¥©rl>reiiEiim$aal»ilauf vorteilhaft aus.

Zur Uat sr a tut sung ®ia®r aiöglioiist -siiri3©lfr#i»a üuftströmung weist nach einem weiteren Itelaal-der die Eintrittsoffaung abgerundete od©r auoh ausgebildete tlberstroiikanten auf ο luS@M«e kann ®s ia wissen iäll@n für die Luftströmung wlm -a.uoh für dae sehen© V@rlr@BauHig3veriahr@n aagebraalit sein» weim lotrechte Ächso der "beispielsweise r©tatiö»*köyp#y£örmi$ea Bresmka^mer von äies#r Richtung a^ölsM uM g«g«nUber der lotrechten Xangent« der Sr®nnkas^&er g^meift i»t, d.Ä« einen spitzen Winkel «iasshließt.

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Ia ft·* Seiehnungen «lsi AusftUminjtsbeiepiele der lrfindung dargestellt. Ba seigern*

Fig. 1 tie 4 j· einen lotrechten ßehnitt Auren «im· liasprite-Krciskolbcnbrennkraftmaeomine ■it Sarstellung rersohiedener Betriebephasen, und

Fig. 5 einem Schnitt duroh «im« Anordnung sum Verkleinern de· BrennkasBerroluaen· bei« Anlassen der Maschine.

Entlang der inneren Mantelfläche 1 einer in Gehäuse 2 angeordneten Ewelbegigen Spitroehoide führt der Kolben 3 alt einer des gleichseitigen Dreieck ähnlichen Kreisbogen* fore die bekannte_f dureh Überlagerung τοη svei Tersohiedemen Drehbewegungen um rersehiedene Achsen 4t 5 entstandene Kombinatlonsbewegung aus» Der duroh die innere Mantelfläohe 1 uasehlosssn* Raus wird duroh die angewendete Kolbsnfom in drei Kamera unterteilt» in welchen das bekannte TiertaktrerbrsvuimgsTerfahren abläuft* Bei eimer rollen Umdrehung des Kolben· in Drehriehtumg des Ffeil·· 6

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werden eine Aneaugkasner 71 eise Y*T&±dktnv$M\&im*T 8 UBt eine Verbrennungskammer 9 (Arbeitekaaeer) gebildet» wobei di« Verbremningsluft ame dta linl&Skanal 10 angesaugt und die Terbrem&ungagase au« der Arbeitskamaer 9 in dea Auslaekaaal 11 ausgeaehoben werden. Sie £adiallelet«n der Kolbenka&ten 12, 13 und H liegen etete an der inneren Mantelfläche der Epitrochöiäe an· Damit ubt für das dieeelaotorieeae TerbrennunseTerfanren geeignete Terdlchtungedruek erreicht wird« können die üolbenflenken die gestricholt dargestellten Auebuehtungen 15 aufweisen, eo daß hierdureh jeweils eine Eauarerklein@»iBg insbeeeadere in der TerdichtungekejKier eintritt. Si® ia Cehäua« 2 asgeordnete Br®nateisier 16 let Mer ©it llaiO^ lint?itte@£f~» nung 17 ia Bereich zwischen der dea Mmlagkanai 10

folgenden ae&enahen Zone und der ~ im Solbendrehriohtusg geeehen « darauffolgenden aoh»f«rn®a ZoJäge angeordnet· Säbel ilegt tie hier eimgesehnürt« Eimt^ittedffnumg 17 eo_f d&S, «fi® auc ?ig. '2 der die Arbeitefcaaaer 9

-in dieser B®tri©b@phaee *:.r»aim&n±?n I@lb^^mte 13 an des-'

«in ^t^^fristiger ge^i^iger fmsüber«

tritt vöb der Arfeeitsk©^®!¹ 9 sur TeräiaktttagakesB·? 8 statt findet (Pfeile 19 t Fig· 2) und auf &i®«e Art insbesondere ©im Yorwttraem d®r .¥®Mi®hte®^®lmf t erreicht und damit der Kaltstart der MaseJslm© bagiMotlgt werden.

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Β·γ Brennstoff wird mittels einer li*e»ritidu*s 20 (Jig. la die Brsukaaser 16 eingesfritat. Datei richtet sieh lage der BIUe und unter umstanden mehrerer Dft··» am 4«r Brennlcamaerwand sowie deren Brennetoff-Strahlriehtung vie auch. Struhlcharakteristik in an sich bekannter Weise 4· nach der Art de· angewendeten Einsprit»- und Semisok·»

Der Übertrittskanal let Üier niciit nur haieartig el8geechniirt, sondern ·β wird die der Terdiontungakamer 3 «uliegend« lantenfliehe 17a (»eiepieleweiee fig* I) noch la Biohtung der lot rechten Brennraumaehee Torgesogea. Auf diese Art kann einerseits die in die Breaaksueaer überstruaende Luft rerzugeveise gegen die Brennkaeterwand hingelenkt «at so eine Retationsatröaung erzielt werden· Andererseits ist es auch Möglich, den Oaeauataueoh avisehen Arbeitskaasier und Yerdichtungskaseer in de* ieireile rorgeseheaea AusaaS au regulieren.

Am günstigsten für ate Luftführung und die motorisch« Ter-'brennung liegen die Verhältnis« dann» wenn sich die BIatrittsüffnung 17 nahezu über die ganze Länge der Radialdichtung erstreckt t wenn alao eine valaeniöMige Srerakaeeer verwendet wird. Bier kann dann die elnströnende Verbrennungsluft in breiter front in die Brennkaaaer einetrömen und ao das Geeisöhbildunge- und Terfahrea eatapreehead gttnetig beeiaflttssea.

fällen kann es auch angebracht βein, beispielsweise im *

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Falle «ines¹ £il«artigen W&adauf^saipgaBg- dee wenn die Walsenbrenakaaiaer i» Bsreielä ier liatrittaöffnung, vie gesagt, abgeflacht ist® wobei die Abflachung mit der Brennraumachse 16a einen epitsem Winkel od (fig. 1) bildet. Diese Brennkasr®erwand«-Abflaehi2iig ist im dem fig» bis 4 mit 21 bezeichnet»

In Pig. 5 ist eine Anordnung au® ¥©rkl@ia@2» &·■ BrenftkasuaervOlumenB zum Zweck® des Amlas8©ms ißsbee©M«r« einer kalten Maschine geneigt (Saltst&7t)o Me bierait 16 bezeichnete walsenfSxmlge Β3?©ηΐ£@»@2? »It eingeschnürter Slntrittsaffnusg 17 tu.wä oelia in an sich bekannter Weis® dureli Ila%;€??t8-, d.h. schieben der beiden in Si@ lr©mmte@@@r feineinrageaden Stempel 22 und 23 beispielsweise Me im die Btelluagen und 230 so verkleinert, dai hi©rim?@& d©r Kdapressionsdruok und damit die KoapressionnteBpemtiir ®m.f ein ftir Sea IaItstart geeignetes Aiäeaa® gesteig^L^ä \rf.rß. Hach Anlauf des Motors werten daas die beiden Stesstp©! wieder bis euif das SetriebsTolumen der B?®ankasmer seEpelnmiKä^rgescliobeii· Die Betätigung ier beiden Stempel kmm. ®@l^st*ät"if, beispielsweise im ibhänfcig&eii eines auf Sie f eftjttr&tur «ncpre6hemd@n Mittels ε*κ& dureh 9ln®n fliesne^tatsn gesteuert werden.

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Claims (1)

1. Μ****«η·1*κ*§ X 4* 114 Im/4·**/? U 26 Oi¹S- °

   ma*thi««mf**riJc Amgssmxf-gtlnbsxf ktiUfrm

   U26039

   Httrmberg» dsm

   Patentansprüche

   J littftverdiohwunde £re > *lcolb«nbr enukraf tnasehine mit Brennstoffeinspritzung -und Selbstzündung, und mit einem tsnäass, bestehend aus einen feststehenden Mantel, dessen msmifcsglf* innere Mantelfläche la Querschnitt die Form einer aenrsogl» gen Epitrochoide aufweist und mit Seitenteilen, die sueaamen mit dem Mantel einen Innenraua alt Ein- und Auslaükanälen begrenzen, welcher senkrecht su den feitenteilen Ton einer Exzenterwelle durohsetst ist, auf deren Eatment er ein nehreokiger Kolben drehbar gelagert 1st« dssssn Urehsahl in einem festen Verhältnis mm* Irekaakl der Exzenterwelle stent und wobei im Ossmmss «ine Ii kassier alt einen Obertrittekanal angeordnet ist» gekennzeichnet, daß der Übertrittskanal derart angeordnet ist, daß dssssn Mündung in der Brennkammer Im mm sie* sskannter Weiss tangential aageordaet ist, (BTtsnimmmsywini Abflachung 21), und daS dessen Eintritteöffnung (17) Im der inneren Kant el fläche (1) in einem Berslsm svissftsm der dea Eittlaßkanal (10) folgenden aohenahea Same and der mitte ■wischen dieser nchsnahen Zone und der - In Kolsemdrehrls*- tung gesehen - darauffolgenden aehsfsmen Zorns sngesrdnet

   rous, ji.--..-^. · - ■ * —^r- 2_2#700Q

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   2« rr«i*kolbenl5r«2iakr»fteaiokla· aa|3s Aaerprueli 1» gekennzeichnet durch, »ine derartige Lege unt Qvsr*«anitt»~

   des Übertrittskanale fora der Bintrittaöffnung (17K *** der Bedleldiehtung an der 2i*trittsöffnUÄg t*«i*»ieleveis« 13, Fig· 2) ein Äaeauetauech. ewieehtn d«r eilenden Arbeitaicaeitr (9) uad der naah»il«ad«a

   (8) erfolgt.

   5. £reis]coli9eabr«azucrafta»0ehin· naoh den und 2, dadurch £ekexms«iohnet _v da0 eich die H&trltte-Httmms (17) nahezu über die ganze Länge der Badi&ldichtung erstreckt·

   4. ErtiakoltoenbrenBkrafteaecMn· aaoh den Anaprttehea 1 bis 3t gekennzeichnet dureh eine gegenüber der Brenzücaoaer haleartig tingeachnttrte EintrltteOffnung«

   5. BreiekelbenbrennkraftBaeoMne naeh deaa Aneprücheü

   1 bi* 4, dadurch gekenn*eiohn#t, dal die üatritteöffnung abgerundete oder euldenfunig auegeWLldete ÜberetrömkÄÄten aufwtiet. „

   6· Ireiekolbenbreimlcrafteaechine nach den Aneprüehen 1 bis 5 t dadurch gekennaeioimet, daft der weitaus gröete Seil des fltteeigen Brennstoffes in en sieh bekannter Weise filmrtig auf die Brennkasssierwand aufgetragen vird.

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   7. Ir»iek*l¥«m*r«eakx*ft»*»ck±B· a»·* <·» (22, 23) T«7ia4«rter 1·% (Yig. 9).

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