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Kreiskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart, insbesondere
für den Antrieb von Kraftfahrzeugen Die Erfindung betrifft eine greiskoiben-viertakt-Brennkraftmaschine
in Trochoidenbauart mit einem Gehäuse, das sich aus einem Mantel mit zweibogiger
Innenfläche und Seitenteilen zusammensetzt, und mit einem dreieckigen Kolben, der
drehbar auf dem Exzenter einer Exzenterwelle gelagert ist und beim Umlauf mit seinen
Ecken an der inneren ManteLfläche entlanggleitet, wodurch drei umlaufende, volumenveränderliche
Arbeitskammern gebildet werden, und wobei in die innere Nanteifläche auf der einen
Seite einer achsnahen Zone ein Einlaßkanal und auf der anderen Seite dieser achsnahen
Zone ein Auslaßkanal münden.
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Bei solchen Brennkraftmaschinen ist eine gewisse Uberaclmeidung zwischen
Einlaß und Auslaß nicht zu vermeiden, was dazu führt, daß insbesondere bei hohen
Unterdrücken in der ansaugenden Anbeitskammer Abgase in diese Kammer mit eingesaugt
werden. Dadurch wird die Qualität der Ladung verschlechtert und es kann zu einem
unruhigen Leerlauf kommen.
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Besonders hohe Unterdrücke treten bei einer Brennkraftmaschinc für
den Antrieb eines Kraftfahrzeuges im Schiobebetrieb auf, da in dieser Betriebsphase
die Drosselklappe wie im Leerlauf geschlossen ist, die Drehzahl jedoch erheblich
übor der Leerlaufdrehzahl liegen kann. Die geringe Leerlaufftillung reicht
daher
nicht aus, um ständig ein zündfähiges Gemisch zu bilden, zumal die ansaugende Arbeitskammer
aus den vorstehend erwähnten Grii'nden einen beträchtlichen Abgasanteil enthält
Es erfolgt daher zunächst keine Zündung und erst nach einigen Umdrehungen wird das
Gemisch durch die ständige Zuführung einer geringen neuen Frischgasmenge und durch
das Ubertreten.von Abgas, das auf Grund der vorherigen Nicht-Zündungen einen unverbrannten
Frischgasanteil hat, in die ansaugende Kamner so weit in der Qualität verbessert
wird, daß es wieder zündfähig ist. Da alle drei Arbeitskammern den gleichen Vorgang
durchlaufen, erfolgt nach einer Anzahl von Fehlzündungeu in allen Arbeitskammern
nscheinander je eine Yerbrennuns Dieser Wechsel zwischen Verbrennungen und Nichtverbrennungen
verursacht das periotische Austreten eines treibenden und eines bremsenden Drehmomellts?
das für den unrunden Motorlauf im Schiebebetrieb verantwortlich ist. Je nach den
Gegebenheiten können auf drei Zündungen drei oder sechs oder neun Aussetzer folgen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den beschriebenen unrunden
Motorlauf im Schiebebetrieb zu vermeiden oder zumindest zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
aufeinanderfolgende Arbeitskammern bei ihrem Ansaugtakt über Verbindungsquerschnitte
unterschiedlicher Größe mit dem Auslaßkanal in Verbindung stehen.
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Durch diesen erfindungsgemäßen Vorschlag wird erreicht, daß benachbarte
Arbeitskammern jeweils unterschiedliche Gemisch-Zusammensetzungen enthalten, so
dsß die vorher erwähnte Arbeitsweise von drei aufeinanderfolgenden Zündungen, gefolgt
von einer Anzahl von Fehlzündungen, nicht auftreten
kann. Es kann
höchstens der Fall eintreten, daß in jeder zweiten Arbeitskammer ein zündfähiges
Gemisch vorhanden ist, also auf Jede Zündung eine Fehlzündung folgt. Dieser Rythmus
wird jedoch nicht als Schieberuckeln empfunden.
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Der erfindungsgemaße Vorschlag kaim auf verschiedene Weise verwirklicht
werden. Der erwähnte Verbindungsqt'erschnitt zwischen dem Einlaß und Auslaßkanal
wird im allgemeinen nur von dem Spalt zwischen der Kolbenflanke und der inneren
Mantelfläche gebildet, wobei in jeder Kolbenflanke eine Kolbenmulde enthalten ist.
Eine Veränderung dieses Verbindungsquerschnittes kann dadurch erreicht werden, daß
im flantel zwischen den Einlaß- und Auslaßstoueröffnungen ein Sperrschieber angeordnet
ist, der von der Exzenterwelle derart angetrieben wird, daß er in jede zweite Kolbenmulde
eintaucht. Demzufolge kann immer nur jede 7.weite. Arbeitskammer bei ihrem Ansaugtakt
einen Ladungsanteil an Abgasen enthalten, so daß die Gemischzusammensetzung in aufeinanderfolgenden
Arbeitskammern unterschiedlich ist.
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Der Sperrschieber kann als linear bewegbarer Flachschieber ausgebildet
sein und von dem Nocken angetrieben werden, der mit halber EXsenterwellendrehzahl
umläuft und so ausgebildet ist, daß sich die Eindringtiefe des Flachschiebers in
die Kolbenmulde kontinuierlich entsprechend dem Verlauf der Kolbenmulde ändert.
Dadurch wird erreicht, daß der Einlaß- und der Auslaßkanal während der ganzen Zeit,
in der diese beiden Kanäle normalerweise miteinander in Verbindung stehen würden,
wirksam voneinander getrennt sind.
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Der Sperrschieber kann jedoch auch als Drehschieber ausgebildet sein,
der mit einem Untersetzengavcrhältnis von 1:2 von der Exzenterwelle angetrieben
wird und daher ebenfalls nur in jede zweite Kolbenmulde eintaucht.
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Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung ist zwischen dem Einlaß-
und dem Auslaßkanal ein Verbindungskanal vorgesehon, in dem ein Steuerorgan angeordnet
ist, das den Querschnitt des Verbindungskanals für jede zweite Arbeitskammer verändert.
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Während bei der ersten Ausführungsform der Erfindung der Überströmquerschnitt
zwischen dem Auslaßkanal und der ansaugenden Arbeitskammer periodisch abgesperrt
wird, wird also bei der zweiten Ausführung dieser Überströmquerschnitt durch den
Verbindungskanal periodisch vergrößert. Auch dadurch ergibt sich eine unterschiedliche
Gemischzusammensetzung in benachbarten Arbeitskammern und damit eine unterschiedliche
Zündfähigkeit.
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Das Steuerorgan in dem Verbindungskanal kann wiederum ein Drehschieber
sein, der so ausgebildet und angetrieben ist, daß er bei jeder zweiten Umdrehung
der Exzenterwelle den Verbindungskanal freigibt.
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Das Steuerorgan in dem Verbindungskanal kann so ausgebildet sein,
daß es im oberen Teillast- und im Vollastbereich der Brennkraftmaschine den Verbindungskanal
absperrt, so daß keine Verringerung der.Motorleistung eintreten kann. Diese Absperrung
des Verbindungskanals kann bei Verwendung eines Drehschiebers z.B. dadurch erfolgen,
daß der Drehschieber drehzahl- undfoder lastabhängig axial verschiebbar ist und
in der einen Stellung den Verbindungskanal ständig absperrt.
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Es ist jedoch auch möglich, diese Verbindung zwischen dem Auslaß-
und dem Einlaßkanal bei allen Lastzuständen»estehen zu lassen und dadurch eine Rezirkulierung
der Abgase zu erreichen, was einen günstigen Einfluß auf die Emission von Stickoxyden
hat.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter
Bezugnahme der Zecihnungen beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung
einer Kreiskolben-Viertakt-Brernikraftmaschine in Trochoidenbauart, teilweise geschnitten,
mit einer ersten Ausführung der Erfindung, und Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig.
i mit einer zweiten Ausführung der Erfindung.
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Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine Kreiskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine
dargestellt ist, deren Gehäuse einen Mantel 1 mit einer Innenfläche 2 in Form einer
zweibogigen Epitrocheide auflfeist. In dem Gehäuse ist eine Exzenterwelle 3 gelagert,
auf deren Exzenter 4 ein dreieckiger Kolben 5 drehbar angeordnet ist, der bei seinem
Umlauf in Pfeilrichtung D mit seinen Ecken 6 an der inneren Mantelfläche 2 entlanggleitet,
wodurch drei umlaufende, volumenveränderliche Arbeitskammern 7, 8 und 9 gebildet
werden. Zur Durchführung eines Viertaktverfahrens in jeder dieser Arbeitskammern
sind im Mantel i ein Einlaßkanal 10, ein Auslaßkanal 11 und eine symbolisch angedeutete
Zündkerze 12 angeordnet. Der Einlaßkanal 10 mündet in eine Rinlaßsteueroffnung 13
auf der einen Seite der achsnahen Zone 14 der inneren Nantelfläche 2 und der Auslaßkanal
11 geht von einer Auslaßsteueröffnung 15 auf der anderen Seite dieser achsnahen
Zone 14 aus. In jeder Kolbenflanke 16 ist eine Kolbenmulde 17 angeordnet.
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In der gezeigten Stellung des Kolbens 5, in der der Einlaßkanal 10
und der Auslaßkanal 11 in eine Arbeitskammer 7 münden, sind diese beiden Kanäle
durch den Spalt zwischen der betreffenden golbenflanke 16 und der inneren Hantelflache
2 und durch die betreffende Kolbenmulde 17 miteinander
in Verbindung.
Da im Einlaßkanal 10 ein Unterdruck, im Auslaßkanal 11 jedoch ein gewisser Überdruck
herrscht, erfolgt im Schiebebetrieb eine Strömung von teilweise oder nicht verbrannten
Gasen in Richtung der Pfeile S, wodurch sich die Ladung in der ansaugenden Arbeitskammer
7 zum Teil aus durch den Einlaßkanal 10 angesaugtem Frischgas und zum Teil aus den
überströmenden Abgasen zusammensetzt. Diese Ladung reichert sich im allgemeinen
erst nach einigen Umdrehungen zu einem zündfähigen Gemisch an. Da der gleiche Vorgang
nacheinander in allen drei Arbeitskammern stattfindet, ergeben sich nacheinander
drei Zündungen, gefolgt von einer Serie von Fehlzündungen. Um dies zu vermeiden,
ist im Mantel i zwischen der Einlaßsteueröffnung 13 und der Auslaßsteueröffnung
15 ein Sperrschieber t8 angeordnet, der von einem Nocken 19 derart bewegt wird,
daß er jeweils in jede zweite Kolbenmulde 17 eintaucht und dabei die Verbindung
zwischen dem Einlaßkanal 10 und dem Auslaßkanal 12 unterbindet. Dies hat zur Folge,
daß die Gemischzusammensetzung in benachbarten Arbeitskammern verschieden ist, so
daß es nicht eintreten kann, daß in beiden aufeinanderfolgenden Arbeitskammern eine
Zündung oder keine Zündung erfolgt. Der Nocken 19 wird von der Exzenterwelle 3 durch
ein Übertragungsmittel 20 mit der halben Drehzahl der Exzenterwelle angetrieben
und er ist so ausgebildet, daß sich die Eindringtiefe des Sperrschiebers 18 in die
Kolben-.
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mulde 17 kontinuierlich entsprechend dem Verlauf der tolbenmulde-
17 ändert. Der Sperrschieber 18 wird durch die Federn 21 an den Nocken 19 angedrückt.
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Während bei der Ausführung gemaß Fig. t die unterschiedliche Gemischzusammensetzung
in aufeinanderfolgenden Arbeitskammern dadurch erreicht wird, daß der Überschneidungsquerschnitt
und damit die Menge der in die ansaugende tamper übertretenden Abgase für jede zweite
Kammer verringert wird,
wird bei der Ausführung gemäß Fig. 2 der
Überschneidungs querschnitt für jede zweite Arbeitskammer praktisch vergrößert.
Dies wird dadurch erreicht, daß zwischen dem Auslanlcanal 11 und dem Einlaßkanal
10 ein Verbindungskanal 22 angeordnet ist, der einen Drehschieber 23 enthält. Der
Drehschieber 23 wird von der Exzenterwelle 3 durch ein Ubertragungsmittel 24 mit
einem Viertel derExzenterwellondrehzahl angetrieben, so daß die Bohrung 25 im Drehschieber
23 den Verbindungskanal 22 immer dann freigibt, wenn sich jede zweite Kolbenfianke
16 in der dargestellten Lage befindet.
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Jede zweite Arbeitskammer erhält also bei ihrem Ansaugtakt eine größere
Abgasmenge als die vorhergehende und die nachfolgende Arbeitskammer, womit die Gemischzusammensetzung
von benachbarten Arbeitskammern unterschiedlich ist und der für das Schieberuckeln
verantwortliche Rythmus von drei aufeinanderfolgenden Zündungen, gefolgt von mehrrren
Nichtzündungen, gestört ist. Es wird sich vielmehr ein Rythmus einstellen, der durch
eine Zündung, gefolgt von einer Nichtzündung, gekennzeichnet ist.
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Um eine Leistungseinbußebei mittleren Notorbelaetungen bis zur Vollast
zu vermeiden, kann der Drehschieber 23 durch eine nicht gezeigte drehzahl- wld/oder
lastabhängig wirken.
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de Vorrichtung axial verschoben werden, so daß in den geüannten Arbeitsbereichen
der Brennkraftmaschine die Bohrung 25 des Drehschiebers 23 nicht mehr in der Ebene
des Verbindungskanals 22 liegt und dieser Kanal somit von dem Drehschieber 23 abgesperrt
ist. Es ist jedoch auch msglich, die Verbindung des Auslaßkanals 11 mit dem Einlaßkanal
10 durch den Verbindungskanal 22 und den Drehschieber 23 bei allen Lastzuständen
bestehen zu lassen, da die Einführung von Abgasen in die ansaugende Kammer eine
Senkung der Spitzentemperatur der Verbrennung zur Folge hat, wodurch die Bildung
von Stickoxyden verringert wird.
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Selbstverständlich sind verschiedene Abwandlungen der dargestellten
Ausführungsbeispiele möglich. So kann der Flachschieber 18 in Fig. 1 durch einen
Drehschieber orsetzt werden, wie er beispielsweise in dem britischen Patent Nr,
1 013 093 beschrieben ist, jedoch mit der Abwandlung, daß dieser Drehschieber von
der Exzenterwelle mit halber Exz£nterwellendrehzahl angetrieben wird, s9 daß er
nur in jede zweite Kolbenmulde eintaucht.
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- Patentantsprüche -