DE1451823A1 - Kreiskolben-Dieselmotor - Google Patents

Description

REGIS NATIONALE DES USINES RENAULT 8/10, Avenue Emile Zola,
BILLANOOURT (Seine) - Frankreich

Patentanmeldung Kreiskolben-Dieselmotor

Die Erfindung betrifft einen Kreiskolben-Dieselmotor,

Es ist bereits ein Kreiskolbendieselmotor vorgeschlagen worden, bei dem ein η Flügel aufweisenden Kolben von epizykloidalem Profil exzehtriseh in einem feststehenden Umsohliessungsgehäuse mit (n+1) Ausnehmungen umläuft, die (n+1) Arbeitskammern bilden, und der mit zylinderisohen Verbrennungskammern von gleicher Länge wie die Erzeugende des Kolbens und Einlassleitungen versehen ist, deren Mittelebene jeweils mit der Mittelebene des Kolbens zusammenfällt.

Die vorliegende Erfindung besteht darin, einen solchen Motor mit einem Auspuffgas-Turbokompressor zu kombinieren, bei dem die Steuerung der Turbine mit teilweiser Ein-

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spritzung von einem zweiten Auspuffventil bzw. einem "Stoss¹¹-Ventil erfolgt, das am Ende jeder zylindrischen Verbrennungskammer angeordnet ist. Die Turbine ist eine zentripetale Schraubenradturbine, die bei einem Motor, dessen feststehendes Umschliessungsgehäuse fünf Ausnehmungen aufweist, die Impulse der fünf Stossventile durch fünf, so kurz als möglich ausgebildete Rohre erhalte

Man kennt den Leistungsvorteil des Stossventils, das ermöglicht, den Druck von drei bis vier Kilogramm am Ende der Entspannung auszunutzen und in Geschwindigkeit zu verwandeln und so 2/3 oder 3/4 der Auspuffgase auszutreiben und für den Antrieb der Turbine zu verwenden, während das normale Auspuffventil beim Anheben nicht mehr als einen geringen Teil des Gases ohne jeglichen Gegendruck vor dem Kolben, bzw. bei einem Kreiskolbenmotor vor dem Kreiskolben auszutreiben hat„ Pur die Turbine wird hierdurch sozusagen kostenlos Leistung gewonnen«

Trotz der geringen Nutzleistung von Turbinen mit teilweise Einspritzung ist das Gesamtergebnis besser, weil die Turbine nicht mehr den Hub des Kolbens oder Kreiskolbens bremst.

Schraubenrad-Kreiselkompressoren bzw» Hochdruckverdichter oder Turbokompressoren sind bekannt. Ein solcher Kompressor kann einen Schaufeldiffusor besitzen oder nicht

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und verteilt die komprimierte luft bei einem Kreiskolbenmotor der angeführten Art durch fünf Rohre auf die fünf Einlassventile.

Die Anordnung des Stossventiles am Ende der zylindrischen Verbrennungskammer stellt ein interessantes Merkmal der Erfindung dar, da hierbei, abgesehen von der bequemen Anbringung dieses zusätzlichen Ventiles in dem vorderen Seitenteil und nicht mehr in dem Zylinderkopfkranz, die unter Druck stehenden heissen Verbrennungsgase oder mindestens der grösste Teil dieser Gase, gezwungen sind, zur Ableitung in die Turbine wieder durch die Verbrennungskammer hindurchzugehen, wodurch die Temperatur der Verbrennungskammer selbst erhöht wird· Dies ist, wie bekannt, zur Verbrennung verschiedener Brennstoffe wesentlich, weil der Motor damit die Eigenschaft erhält, mit mehreren Brennstoffen betrieben werden zu können.

Die erzeugte komprimierte Luft ist auch für eine Spülung von Bedeutung, die zum Kühlen derjenigen Flächen des Kreiskolbens dient, die imAugenblick der Verbrennung besonders heies werden. Mit Rücksicht auf die Ausbildung des Motors ist es jedoch nicht möglich, das Kreuzen der Ventile im oberen Totpunkt in bekannter Weise herbeizuführen,.

Eine erste Lösung hierfür besteht geaäss der Erfindung

darin,, das Einlassventil während eines erheblichen Teiles

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des Häuptauspuffes etwas anzuheben, es dann bei der Ankunft im oberen Totpunkt wieder zu schliessen und es anschliessend wieder auf die normale Höhe für die normale Zuführung zu öffnen.

Der von der Spülluft zunächst bestrichene Teil des Kreiskolbens ist nicht zwangsläufig der heisseste Teil} die Erfindung sieht daher eine zweite Methode vor, die darin besteht, ein kleines besonderes Spülventil zuzufügen, das an einer Stelle der Arbeitskammer angeordnet wird, die am geeignetsten ist, den heissesten Teil des Kolbens zuerst zu bespülen?

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung lediglich als Beispiele dargestellten Ausführungsformen«

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt, der durch die Achse der Kurbelwelle und die Achse einer Verbrennungskammer des Kreiskolben-Dieselmotors und seines Turbokompressors hindurchgeht;

Fig. 2 zwei übereinanderliegende Querschnitte nach der Linie ΪΙ-ΙΙ durch die Mittelebene des Kolbens und nach der Linie III-III durch die Turbine?

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Pig. 3 einen die Brennstoffkammer enthaltenden Teil der Fig. 1 in größerer Darstellung, der das StosQventil mit seinerAuspuffleitung mit Einzelheiten zeigt;

Pig. 4 ein Verteilungadiagrainm}

Pig_β 5 den Steuernocken für das Einlassventil mit seinem Spülvorsprung, und

Pig. 6 eine andere Ausführungsform, bei der der Zylinderkopfkranz des Motors mit einem zusätzlichen Spülventil versehen ist_a

Der dargestellte Kreiskolbenmotor ν eist einen im Siiine des Pfeiles 2 der Pig. 2 umlaufenden Exzenter 1 sowie einen im Sinne des Pfeiles 4 umlaufenden Kreiskolben 3 mit vier Flügeln von epizykloidalen Profil und ein feststehendes U£- schliessungsgehäuse 5 auf, das in bekannter Weise mit fünf durch die Hüllkurve des Kolbenprofiles "begrenzten und durch Dichtleisten 6voneinander getrennten Arbeitskammern versehen ist. Das hintere Seitenstück 7 und das vordere Seitenstüok 8 sind mit festen Führungsverzahnungen 12 versehen, mit denen die an dem Kolben 3 befestigten Verzahnungen H im Eingriff sind. Das Verhältnis der Verzahnungen ist im vorliegenden Fall, d.h. bei einem Kreiskolben mit vier Flügeln vier zu fünf. Die Verbrennungskammern 9 münden in die Arbeitskammern mit grossen öffnungen 10» Weiterhin sind die Einlassventile 18 und die Auspuffventile 19 angeordnet. Die Auspuffleitung 20 mündet an der Vorderseite des Motors» Die Einlassleitung

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21, in die die Luft in Richtung des Pfeiles 22 eindringt^ fällt mit ihrer Mittelebene mit der Mittelebene des Kreiskolbens 3 zusammen<> Die Einlassventile 18 und die Auspuffventile 19 v/erden über Kipphebel 23, Gestänge 24 und Stössel 25 von Hocken, Z₉B₉ Hocken 26, betätigt, von denenin Fig. 1 nur einer dargestellt ist_e

Gemäss Figo 1 und 3 ist am Ende der Verbrennungskammer 9 das Stossventil 27 angeordnet, dessen Verschlussglied aus besonders hitzefestem Metall besteht und mit einem aus dem gleichen Metall gebildeten Sitz 28 zusammenarbeitet, der in dem Seitenstück 8 ausgebildet ist» Das ötossventil 27 wird durch einen Kipphebel 29j ein Gestänge 30 und einen Stössel 31 von einem Hocken 32 betätigt«

Die Leitung 33 des Stoasventiles 27 iat durch ein Rohr 34 verlängert, das mit einer Wärmeisolierung 56 versehen ist und in die Düse 36 der Turbine 37 mündet»

Die Turbine 37 ist eine Aktionsturbine, d»h, eine Turbine, bei der der Druck an der Hündung der Düse ganz in Geschwindigkeit umgewandelt wird und die Gase durch die Öffnung 38 entweichen, die in nicht dargestellter V/eise mit den normalen Auspufföffnungen 20 verbunden ist. An der Turbinenaohse 39 ist der Läufer des Kompressors 40 befestigt, der ein Schraubenrad-Kreiselkompressor ist und die Zuführungsluft in dem Behälter 41 aufnimmt und sie unter Druck durch die fünf

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Leitungen 42 abgibt, die mit den Einlassleitungen 21 verbunden sind. Am hinteren Ende der Kurbelwelle ist das Schwungrad 15 und am vorderen Ende der Kurbelwelle das Gegengewicht 16 angeordnet» Als Beispiel ist eine bekannte Verteilerbetätigung dargestellt, die einen auf dem Exzenter 1 angeordneten Zahnkranz 17, ein Vorgelege 44 und ein Zahnrad 45 aufweist, das die verschiedenen Hocken trägt, von denen nur zwei dargestellt sind. Die Hocken drehen ßich mit einem Sechstel der Umlaufgeschwindigkeit des Exzenters und in demselben Drehsinn; sie sind jeweils mit drei gleichen und im gleichen Abstand angeordneten Vorsprüngen versehen, um den richtigen Lauf zu gewährleisten.

Das Einspritzen des Brennstoffes durch die Einspritzdüsen 13 erfolgt in der gleichen Weise wie bei. dem bereits vorgeschlagenen Kreiskolben-Dieselmotor. Ein Beispiel der Anordnung der Düsen 13 in Verbindung mit der Anlasskerze ist in Fig. 3 gezeigt.

In Pig, 4 ist das Schema der Verteilung dargestellt. Hierbei zeigen die voll ausgezogenen Linien das Anheben des EinlassTentiles, die gestrichelte Linie das Anheben des Hauptauspuffventiles und die strichpunktierte Linie das Anheben des Stossventiles«,

Wenn man einen normalen Kreislauf betrachtet, öffnet

sieh das Einlassventil am Punkt a, der sehr nahe beim oberen

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Totpunkt liegt; das Einlassventil bleibt bis zum Punkt b offenj der Naoheilwinkel, Schliessen-Einlass kann wie üblich zwischen 30 und 60° betragen» Anschliessend sind während der Kompression bis zum oberen Totpunkt alle Ventile geschlossen ebenso wie während der Entspannung vom Punkt a bis zum Punkt c, der mit dem unteren Totpunkt den üblichen 'Voreilwinkel ß, Öffnen-Auspuff bildet. Beim Punkt c wird das Stossventil 27 angehoben; der Druck von 3 bis 4 kg, der in der Arbeitskammer herrscht, ruft ein Ausstossen der Gase mit Sehallgeschwindigkeit in dem Rohr 34 herbei·

Beim Punkt d, d.h.« nahe beim unteren Totpunkt, wird das Auspuffventil 19 angehoben; während einer bestimmten Zeit sind beide Auspuffventile geöffnet, dae Stossventil sohliesst bei c; zwischen dem Punkt d und dem oberen Totpunkt erfolgt das Ausstossen der Grase durch das normale Auspuffventil im wesentlichen mit atmosphärischem Druck mit Sohliessen bei h in der Nähe des oberen Totpunktes» Gleichzeitig mit dem Ausstossen hebt man das Einlassventil vom Punkt f bis zum Punkt g, leicht an, wobei der Punkt £ so gewählt wird, dass der Ausstoesdruck unter dem Einlassdruck liegt und der Punkt g etwa am oberen Totpunkt liegt. Der Einlassnocken ist in Fig. 5 dargestellt, in der bei die normalen, dem Einlass zwischen a und b entsprechenden Vorsprünge und bei 48 gestrichelt die kleinen Vorsprünge gezeigt sind, die dem Anheben f-g entsprechen*

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Die lage der Punkte f und c wird durch Versuche bestimmt.

Im Falle der Fig. 4 trägt die Verzahnung 45 somit drei Nocken, nämlich einen Nocken 32 für das Stossventil c e und zwei Nocken 26, von denen der eine dem Ausstossen d h und der andere dem Einlassen entspricht, wie im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben ist.

Wenn man Fig. 6 betrachtet, so ergibt sich, dass das Anheben des Einlassventiles 18 während der Beendigung des Ausstossens eine Spülung im Sinne des Pfeiles 49 hervorruft, Ba sioh die heisseste Stelle des Kolbens nach der Verbrennung und Entspannung etwa in dem Bereich 50 befindet, ist gemäss Fig. 6 ein kleines Spülventil 51 vorgesehen, das durch eine Leitung 52 von einem Abzweigkanal 53 des Einlassrohres 43 gespeist wird. Die Richtung der leitung 52 ruft einen luftstrom in Richtung des Pfeiles 54 hervor, der zur Kühlung des Bereiohee 50 des Kolbens besonders zweokmässig verläuft.

Unter diesen Bedingungen stellt f g das Anheben dieses Ventiles 51 dar, zu dessen Betätigung an dem Zahnrad 45 ein vierter Nocken vorgesehen ist.

Die besonderen Bedingungen der Turbulenz und Verbrennung, die im Zusammenhang mit dem bereite vorgeschlagenen

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Kreiskolben-Dieselmotor erläutert wurden, sind hier nicht* beschrieben« Das Wesentliche besteht bei der vorliegenden Erfindung in der Anordnung und Wirkungsweise des Turbokompressors mit partieller Einspritzung, der eine höhere Leistung ermöglicht, da unter ausgezeichneten Leistungsbedingungen überspeiet wird,, Tatsächlich erzeugt der Turbokompressor durch die Anordnung des Stossventiles und die Verbindung des normalen Auspuffventiles mit dem atmosphärischen Druck keinen Gegendruck beim Hub des Kolbens_β Ausserdem wird infolge des zweiten Durchganges des grössten Teiles der Verbrennungsgase durch die Verbrennungskammer im Augenblick des Ausstosses die Eignung des Motors für den Verbrauch verschiedener Brennstoffe verbessert« Es ist ferner darauf hinzuweisen, dass sowohl bei der Entspannung als auch während des Stossauspuffens der Durchgang der Gase in der Verbrennungskammer und in der Arbeitskammer sowie umgekehrt keinen Übergang erfährt, da die Verbindungsöffnung 10 zwischen der Arbeitskammer und der Brennstoffkammer eine sehr grosse Dimension hat und keinen Anlass zur Turbulenz gibt» Diese wird, wie in Verbindung mit der Beschreibung des bereits vorgeschlagenen Kreiskolben-Dieselmotors erläutert ist, durch die natürliche Drehbewegung des Kreiskolbens₉ durch die Hichtung der Einlassturbulenz und das Austreiben erzeugt©

Patentansprüche 909841/0364

Claims (1)

Pat entansprüohe

1. /Kreiskolben-Dieselmotor, dessen Kreiskolben η Flügel von epizykloidalem Profil aufweist und exzentrisch in einem festen Umsohliessungsgehäuse mit (n+1) Ausnehmungen umläuft, die (n+1)Arbeitskammern bilden, und bei dem für jede Arbeitskammer eine die gleiche Länge wie der Kolben aufweisende zylindrische Verbrennungskammer angeordnet ist, in der eine aus drei Turbulenzen desselben Richtungssinnes, nämlich der natürlichen Turbulenz, der durch die Zuführungsleitungen erzeugten Turbulenz und der Austreibturbulenz sich ergebende Turbulenz auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor durch einen mit dem Austreibstoss gleichachsigen Turbokompressor und eine zentripetale Schraubenradturbine mit partieller Einspritzung überspeist wird.

2, Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stossventile am Ende der zylinderischen Verbrennungskammern in dem vorderen Seitenstüok angeordnet sind*

3· Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil zur Durchführung einer Spülung während eines erheblichen Teiles des Austreibens durch einen oberhalb des Hauptvorsprunges des Einlassnockens angeordneten zweiten Hocken etwas anhebbar ist, im oberen Totpunkt geschlossen und dann für die normale Zuführung wieder geöffnet wird.

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4» Motor nach. Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dasszur Durchführung einer Spülung ein "besonderes _t kleines Spülventil angeordnet ist, das während eines erheblichen • Teiles des Austreibens angehoben ist und zusammen mit seiner Luftleitung so angeordnet ist, dass der Luftstrom unmittelbar auf den beim Entspannen b esonders erhitzten llügelbereich des Kolbens gerichtet ist#

Der Patentanwalt

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