DE1975993U - Rotationskolbenbrennkraftmaschine mit abgasturbolader. - Google Patents

Description

K ö 1 η , den 22, Januar 1964 TB/K&/B Heg. D 64/10 GM .

Hotationskolbenbrennkraftmasohine mit Abgasturbolader

Gegenstand dieser Feuerung ist eine Sotationskolbenbrennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung und einem Abgasturbolader. Die Eotationskolbenbrennkraftmaschine und der Turbolader sind dabei an sich bekannter, nachstehend genauer beschriebener Art.

Bs besteht die erstere aus einem Gehäuse, dessen innere Mantelfläche im Querschnitt die lOrrn einer vorzugsweise zweibogigen Epitroehoide aufweist und Seitenteilen, die zusammen mit der inneren Mantelfläche einen Innenraum begrenzen» welcher senkrecht zu den Seitenteilen von einer Exzenterwelle durchsetzt 1st, auf dessen Exzenterzapfen ein Kolben, dessen Querschnitt die form eines Bogenvielecks, vorzugsweise eines Bogendreieeks hat, drehbar gelagert ist und über zwischen ihm und" dem Gehäuse angeordnete Zahnräder während des Betriebes zu einer Bewegung im Gehäuse nach bekannter Gesetzmäßigkeit gezwungen wird, derart, daö zwischen der inneren Mantelfläohe und den Kblbenflanken mehrere, vorzugsweise drei, nach Größe und lege im Gehäuse sioh periodisch verändernde Arbeitsräume entstehen» die in an sich bekannter Weise durch Biohtelemente an den Kanten und Stirnwänden des Kolbens gegeneinander und gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen werden und die in Totpunktnähe eine langgestreckte in der Mitte stark eingeschnürte Querschnittsfons haben. Ber letztere-besteht aus einer von den Abgasen der ersteren betriebenen Abgasturbine» die einen Iiuftverdiehter eintreibt, welcher vorverdichtete frischluft

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für die Iotationskolbenbrennkraftmaschine liefert, Eotationskolbenbrennkraftmasohinen weisen im Stadium höchster Verdichtung, d.h. bei Stellung des Kolbens in seiner oberen Totpunktlage, einen in Umfangerichtung langgestreckten Brennraum auf, der im Bereich der achsnahen Zone der inneren Mantelfläche des Gehäuses stark eingeschnürt ist» Besonders bei notations«, kolbenbrennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung und Selbstzündung, die einen hohen Verdichtungsgrad haben müssen, ergibt sich in der N&he des oberen Totpunktes eiTne so ungünstige Brennraumform, daß es mit den üblichen Mitteln nicht gelingt, eine rauchfreie Verbrennung und gute Brennstoffausnutzung zu erzielen.

!Jm für die Gemischbildung günstigere Bedingungen zu schaffen, soll nach einem bisher unveröffentlichten Vorschlag im oberen fotpunkt nur eine kleine Brennstoffmenge zur Einleitung der Zündung eingespritzt werden, die so bemessen ist, daß bei der anschließenden Expansion die temperatur im Brennraum bei einem

BxZenterwinkel von 10 bis 40° nach dem oberen Uotpunkt de«

Kolbens noch so hoch ist, daß für die nun folgende Haupteinspritzung günstige Zündbedingungen vorliegen.

Zu diesem Zeitpunkt befindet sich bereits der größtt £eil der Verbrennungsluft in dem, in Drehrichtung des Kolbens gesehen, vorderen Brennraumteil, der jetzt auch schon eine für die Gemischbildung günstigere Gestalt angenommen hat.

Als Nachteil ergibt sich hierbei eine geringere p Leistung der !faschine infolge des späten Beginns der Haupteinspritzung«

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Die dieser Neuerung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin» diesen Nachteil bei der Bnergieumsetsnmg in mechanische Arbeit zu vermeiden.

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, das Verdichtungsverhältnis der Arbeitaräume der Botationskolbenbrennkrafinaaschine kleiner auszulegen als zur Selbstzündung bei Direkteinspritssung erforderlich, den Einspritasbeginn, bezogen auf eine Botationskoibenbrennkraftmasehirie mit einer nach einer zweibogigen lpi~ trochoide geformten inneren Mantelflache des Gehäuses» mindestens 10° Exzenterwinkel nach dem oberen Totpunkt zu legen und den durch die späte Zündung bedingten hohen Snergiegehalt der Abgase zum Antrieb eines lurboladers auszunutzen, der die Verbrennungsluft so hoch vorverdichtet, daß bei Einspritabeginn noch Seibat« zündung eintritt.'

Die Süsenlage wird so gewählt, daß die Brennstoffstrahlen den größeren Teil der während der Einspritzung bereits in einem überwiegend geschlossenen Brennraum mit ausreichender radialer Erstreckung befindliche Verbrennungsluft erfassen«

In Ausweitung des ,upuer ungsgedankems ist-vorgesehen, die der Rotationskolbenbrennkraftmaschine zugeführte Verbrennungsluft zusätzlich zu erwärmen» Diese Maßnahme kann sowohl unter Ausnutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärme während des Betriebes als auch unter Anwendung einer zuöätzlichen Wärmequelle_/ mit Hilfe an sich bekannter technischer Mittel Anwendung finden»

Zur Ermb'glichung des Anläßvorganges wird < neuer ongsgemäß eine der Abgasturbine vorgeschaltete Brennkammer-vorgesehen, die mindestens solange im Betrieb bleibt, wie das aus dem Abgaskanal der Rotationskolbenbrennkraftmaschine austretende Gas noch nicht den

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für den Betrieb der furbine erforderlichen Energiegehalt hat.

In der Abbildung wird sehematiseh der dem Verfahren zugrunde liegende Maschinensatz am Beispiel einer lotationekolbenbrennkraftmaschine mit einer inneren Mantelfläche, die nach einer bogigen Epitrochoide geformt ist, veranschaulicht. Sas Gehäuse ist feststehend gedacht _f um die Darstellung zu vereinfachen. Die Neuerung soll aber nicht auf diese Anordnung beschränkt sein» sondern gilt gleichermaßen für als Drehkolbenbrennkraftmaschinen bekannte Rotationskolbenbrennkraftmaschinen mit umlaufendem Gehäuse.

lter obere Teil der Abbildung zeigt die Hotationskolbenbrennkraftmaschine im Querschnitt,

Der untere Teil der Abbildung zeigt einen an 4ie notationskolbenbrennkraftmasohine angeschlossenen Abgasturbolader im Längsschnitt.

Die innere Mantelfläche 1 des Gehäuses hat in dem dargestellten Beispiel die Form einer zweibogigen Epitrochoid«, die einen Innenraum begrenzt, welcher senkrecht zu den zeichnerisch nicht dargestellten Seitenteilen des Gehäuses von einer Exzenterwelle 2 durchsetzt ist.

Die NeufKing soll aber nicht auf Maschinen mit Gehäusen, deren innere Mantelfläche nach einer zwei&ogigen Epitroohoide geformt sind, beschränkt sein.

Auf dem Exzemterzapfen 3 ist der Kolben 4 von bogendreieckförmigem Querschnitt drehbar gelagert. Der Kolben 4 trägt an seinen Ecken und "seinen zeichnerisch nicht dargestellten Seiten* flächen Dichtelemente 5. Der Kolben 4 ist Über zeichnerisch nicht dargestellte Zahnräder in an sich bekannter Weise so mit dem

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Gehäuse verbunden, daß er bei Drehung der Exzenterwelle 2 um ihre lagermitte 6 au einer Bewegung im Gehäuse nach "bekannter Gesetzmäßigkeit gezwungen wir.'» derart, daß zwischen der inneren Mantel?lache 1 und den Kolbenflanken ?, 8» 9 drei nach. Größe und lage im Gehäuse sich periodisch verändernde Arbeitsraum 10, 11, 12 entstehen. Der Abbildung entspricht eine Drehriehtung der Welle 2 und des Kolbens 4 im Uhrzeigersinne, In der dargestellten Bewegungsphase strömt Frischluft !Aber den Binlaßkanal 13 in den Arbeitsraum 10 ein. Der Arbeitsraum 11 "befindet sich kurz hinter dem oberen Totpunkt ÖD, etwa in der Stellung, in der neuerungsgeraäß die Einspritzung des Brennstoffes erfolgen soll. Zur gleichen Zeit werden aus dem Arbeitsraua 12 die -verbrannten Abgase über den Abgaskanal 14 ausgestoßen.

Die Abbildung veranschaulicht, daß der Arbeitsraum 11 bereits eine für die Anwendung des Verfahrens günstige Gestalt angenommen hat.

Die Welle hat sich bis dahin um den Winkel 15 über den oberen Totpunkt hinaus gedreht. Der Kolben 4 drehte sieh dabei nur um ein Drittel des Winkels 15, nämlich um den Winkel 16 und erfuhr infolge der Bewegung des Exzenterzapfens 3 eine Verschiebung nach-rechte um die Strecke 17, Der voreilende Seil des eingeschnürten Arbeitsraumes 11 bildet bereits einen Brennraum mit ausreichender radialer E_rstreckung, der den größeren Teil der Verbrennungsluft enthält. Die einspritzdüse 18 wird so angeordnet, daß ihre Brennstoffstrahlen, diesen feil der Verbrennungsluft gut erfassen, etwa ao, wie zeichnerisch dargestellt.

Die Abgase, deren Energieinhalt wegen der*späten Einspritzung relativ hoch ist, werden der üurbine 19 zugeführt und über deren Abgasstutaen ins Jrei*e geleitet. D^e Turbine 19 treibt den

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Verdichter 20 an, der der Botationskolbenbrennkraftmaschine Frischluft zuführt, die so hoch vorverdichtet ist, daß ihre femperatur. bei linsprit«beginn» also nach der Verdichtung in der Botationskolbenbrennlcraftmasohine und anschließender teilweieer Expansion, noch für Selbstzündung des Brennstoffes ausreicht.

jDie zusätzliche Erwärmung der £uft kann sowohl durch "bekannte Zündhilfen, z.B. Gltihkerzen im Arbeitsraum., aber auch durch Ausnutzung der Abgaswärme oder Anwendung zusätzlicher Wärmequellen in an sich bekannter Weise erfolgen,

Diese Maßnahmen dienen sowohl der Erleichterung des Anlaßvorganges als auch zur Inbetriebhaltung der Maschine bei $eil3.ast oder bei Verwendung schwer zündender Brennstoffe.

Ba während des Anlaßvorganges die von der Sotationskolbenbrennfcraftzaaschine auegestoßenen, meist unverbrannten Abgase nicht den für den Betrieb der furbine 19 ausreichenden Energieinhalt haben, kann eine der !Turbine 19 vorgeschaltete, zeichnerisch nicht dargestellte Brennkammer an sich bekannter Art vorgesehen werden*

Bei Anwendung des neuerungsgemäßen Verfahrens ergibt sich zunächst eine günstigere Form der Arbeitsräume in fotpunktiiähe, die der Verbesserung der Semischbildung zugute.kommt. Die Einschnürung des oberen Arbeitsraumes 11 tritt nämlich nicht so stark in Erscheinung, da ja das Verdichtungsverhältnis ä.er Rotationskolbenbrennkraftmaschine kleiner ausgelegt wurde als zur Selbstzündung erforderlich. Hieraus ergibt sich als weiterer Vor·* teil~<£ine Verkleinerung der Außenabmessungen der Hotationskolbenbrennkraftmaschine bei gleichem lammervolumen, weil die Arbeitsräume bei größerer radialer Srstreckung infolge verminderter

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Einschnürung eine geringere peripheriache länge, aleo eine kürzere Kolbenflankenlänge erfordern. Schon hierdurch wird der zusätzliche Aufwand für den Abgasturbolader teilweise auegeglichen.

Claims (4)

1. P.A.633/10-7.

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   1^ Rotationskolbenbrennkraftmaschine mit innerer Gemischbildungund einem Abgasturbolader, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichtungsverhältnis der Arbeiteräume (10, 11, 12) der Rotationskolbenbrennkraftmaschine kleiner ist als zur Selbstzündung bei Direkteinspritzung erforderlich, der Einspritzbeginn, bezogen auf eine zweibogige Epitrochoide₃ als Innenfläche (1) des Wandteiles, mindestens 10° Exzenterwinkel (15) nach dem oberen Üotpunkt liegt und der Abgasturbolader (19,20) so bemessen ist, daß er die Verbrennungsluft so hoch vorverdichtet, daß bei Einspritzbeginn noch Selbstzündung eintritt«
2. 2. Rotationskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, ,

   gekennzeichnet durch eine zusätzliche Wärmequelle für die Verbrennungsluft.
3. 3. Maschinensatz zur Anwendung des Verfahrens nachAnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Brennstoffeinspritzdüse (18) so weit in Maschinendrehrichtung vom oberen Totpunkt entfernt ist, daß die Brennstoffstrahlen den größeren Teil der während der Einspritzung bereits in einem überwiegend geschlossenen Brennraum (11) mit ausreichender radialer Erstreckung befindlichen Verbrennungsluft erfassen.
4. 4. Maschinensatz zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasturbine 19 des 3?urboladers (19,20) eine Brennkammer vorgeschaltet ist.