DE2143345B2

DE2143345B2 - Parallel und innenachsige Kreiskolben Brennkraftmaschine in Zwei Fach Anordnung

Info

Publication number: DE2143345B2
Application number: DE2143345A
Authority: DE
Inventors: Fritz Crewe Cheshire Feller (Grossbritannien)
Original assignee: MINISTRY OF DEFENCE LONDON
Current assignee: MINISTRY OF DEFENCE LONDON
Priority date: 1970-09-01
Filing date: 1971-08-30
Publication date: 1973-10-31
Also published as: GB1366883A; DE2143345C3; FR2107115A5; DE2143345A1; US3782337A

Description

Die Erfindung betrifft eine parallel- und innenachsige Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Zweifach-Anordnung unmittelbar nebeneinander in Parallelschaltung einer ersten, im Querschnitt wesentlich größeren Maschineneinheit als Ladeluftverdichter und einer zweiten Maschineneinheit als eigentliche Brennkraftmaschine, wobei beide durch eine gemeinsame Zwischenwand voneinander getrennten Maschineneinheiten je einen mit gleicher Drehzahl, aber phasenverschoben zueinander umlaufenden Kolben in Schlupfeingriff mit jeweils einem trochoidalen Mantel mit einer großen und einer kleinen Achse aufweisen, wovon die großen Achsen der Maschineneinheiten zueinander parallel verlaufen, mit im Mantel des Ladeluftverdichters vorgesehener Einlaßsteuerbzw. Auslaßsteueröffnung, mit in der gemeinsamen Zwischenwand befindlichem Luftübertritts- und Abgasübertrittskanal, und mit im Mantel der eigentlichen Brennkraftmaschine angeordneter Zündkerze und B rennstoff einspritzvorrichtung.

Eine derartige parallel- und innenachsige Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Zweifach-Anordnung ist aus der USA.-Patentscluift 3 228 183 bekannt.

Bei derartigen Kreiskolben-Brennkraftmaschinen ist die Länge und Lage des Luftübertritts- und des Abgasübertrittskanals von größter Wichtigkeit. Es ist erwünscht, das Volumen der beiden Kanäle so klein wie möglich zu halten, damit Wärmeverluste im Abgasübertrittskanal, die das Kühlmittel aufheizen, verringert werden.

ίο Bei der bekannten Kreiskolben-Brennkraftmaschine sind die Mittelachsen der Übertrittskanäle zwischen den beiden Maschineneinheiten in Umf angsrichtung geneigt. Zwar besitzen diese Ubertrittskanäle ein relativ kleines Volumen, jedoch ist ihre Länge größer als für eine Direktverbindung notwendig. Weiterhin schneiden die Ubertrittskanäle die Mantel der Maschineneinheiten schiefwinkelig, so daß die Dichtleisten an den Kolbenecken über einen größeren Winkelbereich über die Kanalöffnungen lauten müssen, als dies bei rechtwinkeliger Übertrittskanalanordnung erforderlich wäre. Demgemäß ergibt sich ein langsamerer Übergang von einem Arbeitszyklus zum nächsten mit der Folge eines geringen Wiikungsgrades.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiskolben-Brcnnkraftmaschine obengenannter Art zu schaffen, deren Übertrittskanäle zwischen beiden Maschineneinheiten das kleinstmögliche Volumen besitzen und der Wirkungsgrad der Verbrennung verbessert wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß die kleinen Achsen und damit die beiden Maschineneinheiten parallel zueinander verschoben angeordnet sind, und daß die Achsen des Luftübertrittskanals und des Abgasübertrittskanals parallel zu den kleinen Achsen verlaufen.

Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß die Übertrittskanalachsen die Mäntel der Maschineneinheiten unter weniger schrägen Winkeln schneiden, so daß die Dichtleisten an den Kolbenecken über einen geringeren Winkelbetrag über die Öffnungen streichen und ein schnellerer Übergang von einem Teil des Arbeitszyklus auf den nächsten gewährleistet ist.

Der geringeren Länge des Abgasübertrittskanals wegen wird weniger Wärme an das Kühlmittel abgegeben, was ein vereinfachtes Kühlsystem und einen besseren thermischen Wirkungsgrad zur Folge hat. Es hat sich gezeigt, daß sich eine baulich günstige Maschinenanordnung mit hohem Wirkungsgrad ergibt, wenn die Ebene durch die Gehäusemittelachse beider Maschinenarten, die die kleinen Achsen enthaltenden Ebenen unter einem Winkel bis zu etwa 10°, insbesondere unter einem Winkel von etwa 5° schneidet.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine und

Fig. 2 bis 5 die Arbeitsweise der Maschine nach Fig. 1.

Zunächst wird auf F i g. 1 der Zeichnung Bezug genommen. Die hierin dargestellte Kreiskolben-Brennkraftmaschine weist zwei Kolben 10 und 11 auf, die auf getrennten exzentrischen Wellen 12, 13 gelagert

sind. Die Wellen 12, 13 sind so angeordnet, daß sie über der Stelle, wo die Übertrittskanäle 25 und 26 um 180° außer Phase laufen und zwar mit der glei- befindlich sind, angeordnet. Der Brennstoffinjektor chen Drehzahl und diese Synchronisation wird durch 27 führt der Arbeitskammer G Brennstoff zu. Ein ein nicht dargestelltes Getriebe erreicht, daß von weiterer Brennstoffinjektor kann in der Nähe des Zahnrädern und mehreren Verbindungsstangen ge- 5 Brennstoffinjektors 27 angeordnet werden. Der bildet werden kann, die auf Exzentern über Ketten Brennstoff kann durch eine benachbart zum Injektor geführt sind oder es kann jedes andere geeignete Ge- 27 angeordnete Zündkerze gezündet werden. Vortriebe verwendung finden. zugsweise liegt diese — in Drehrichtung gesehen — Die Kolben 10, 11 drehen sich exzentrisch in den hinter dem Injektor 27. Bei zwei Injektoren können Hohlräumen 14, 15, die in einem stationären Ge- io auch zwei Zündkerzen vorgesehen sein,
häuse 9 gebildet sind. Die Kolben werden um 180° Derartige Einrichtungen mit äußerer Zündung, wie außer Phase miteinander in Richtung der Pfeile 8 Zündkerzen, brauchen jedoch nicht in allen Fällen gedreht. Die kleinen Achsen 50, 51 der Hohlräume vorgesehen zu werden; es ist also auch möglich, den 14 und 15 sind versetzt und parallel zueinander. Die Motor als Dieselmotor arbeiten zu lassen. Die ver-Ebene 52, die durch die Gehäusemittelachsen 53 und 15 schiedenen Arbeitskammern A bis H ändern sich so-54 geht, schneidet die kleinen Achsen 50 und 51 wohl hinsichtlich des Volumens als auch hinsichtlich unter einem Winkel von etwa 5"¹. der Lage während der Drehung der Kolben 10. 11. Die Kolben 10,11 weisen Umfangsoberflächen auf. so daß ein Arbeitszyklus bewirkt wird, in dem die in die drei im Abstand zueinander angeordnete Ecken die Hohlräume 14, 15 eintretende Luft komprimiert 10c7 bzw. 11 λ aufweisen, die symmetrisch bezüglich no wird und die darin enthaltenen Gase nach stattgeder Achse der Kolben 10, 11 angeordnet sind. Die fundener Verbrennung expandiert werden.
Ecken 10a, 11a besitzen Dichtungsränder 10ft. lift. Der Arbeitszyklus ergibt sich am deutlichsten aus die parallel zu den Wellen 12. 13 verlaufen und der Betrachtung der Fig. 2 bis 5. Wie sich aus den ständig in Dichtungseingriff mit den Innenwandungen Bezugszeichen Γ. 2', 3', 4' ergibt, steigt das Volumen der Hohlräume 14, 15 stehen. Die Innenwandungen 25 der mit der Einlaßöffnung 23 verbundenen Arbeitsder Hohlräume 14. 15 weisen zwei im Abstand zu- kammer sukzessive an, wenn die Läufer 10, 11 sich einander liegende Bogenabschnitte 14a, ISa auf, die in Richtung der Pfeile 8 (Fig. 1) drehen. So wird ein aufeinanderfolgend miteinander verbunden sind und Ansaughub erzeugt, indem die Luft durch die Einan ihren Verbindungspunkten 21, 22 bzw. 16, 17 laßöffnung 23 angesaugt wird.

einen minimalen Abstand von den Wellen 12. 13 auf- 30 Die durch die Einlaßöffnung 23 angesaugte Luft weisen. Demgemäß ist die Kontur der Innenwandung wird zunächst einer Niederdruckverdichtung unterder Hohlräume 14, 15 im wesentlichen uie eines worfen. die durch die Bezueszeichen 5' bis 7' gezweiblättrigen Epitrochoides. Die Umfangsrläche der kennzeichnet ist. Danach erfolgt eine Hochdruckver-Kolbcn K*, 11 sind im wesentlichen jene einer drei- dichtung (durch das Bezugszeichen 8' gekennzeichblättrigen Einhüllenden des zweiblättrigen Epitro- 35 net). Während der Niederdruckverdichtung wird ein choids. "" Teil der innerhalb des Hohlraumes 15 befindlichen Der Kolben 11. der größer ist als der Kolben 10 Luft komprimiert, während ein Teil davon im Hohl- und in Dichtungseingriff mit der Innenwandung des raum 14 befindlich ist. Am Ende der Niederdruck-Hohlraumes 15 an den Punkten 16, 17 steht, definiert Verdichtungsstufe wird die gesamte Luft innerhalb mit seinem Hohlraum 15 entweder vier oder fünf 40 des Hohlraumes 14 verdichtet.

Arbeitskammern A, B, C, D, E je nach der Stellung Die Verbrennung findet statt, wenn die Luft auf des Kolbens 11. Diese Arbeitskammern können, falls das Volumen 9' (F i g. 5) komprimiert ist.
erforderlich, gegeneinander in bekannter Weise durch Danach findet eine zweistufige Expansion statt. Die nicht dargestellte Dichtungsstreifen abgedichtet sein. Hochdruckstufe ist durch die Bezugszeichen 10', 11' die jeweils an den drei Ecken 11a des Kolbens 11 45 gekennzeichnet und die Niederdruckstufe durch die vorgesehen sind. Außerdem können die Stirnwände Bezugszeichen 12', 13'. Die Hochdruckexpansion 10', des Kolbens 11 mit weiteren Dichtungsstreifen (nicht 11' erfolgt im wesentlichen vollständig innerhalb des dargestellt) versehen sein, die mit den Dichtleisten Hohlraumes 14, während die Niederdruckexpansion an den Ecken 11a des Kolbens 11 verbanden sind. die durch die Bezugszeichen 12', 13' gekennzeichnet Der Kolben 10, der kleiner als der Kolben 11 ist, 5" ist, teilweise innerhalb des Hohlraumes 14 und teilweist Ausnehmungen 18,19, 20 auf. die am Umfang weise innerhalb des Hohlraumes 15 erfolgt.
des Kolbens 10 und im Umfangsabstand an diesem Der Auspuff wird durch die Bezugszeichen 14' bis vorgesehen sind. Der Kolben 10 bildet mit seinen 17' charakterisiert.

Ausnehmungen 18, 19, 20 und dem Hohlraum 14 Die Verbindung über den Luftübertrittskanal 25 drei Arbeitskammern F, G. H. Die Arbeitskammern 55 wird zwischen den Arbeitskammern B und F herge-F, G, H können gegeneinander in bekannter Weise stellt, wenn die Arbeitskammer B etwa ihr maxiähnlich wie die Arbeitskammern A. ß, C, D, E ab- males Volumen und die Arbeitskammer F etwa ihr gedichtet sein. minimales Volumen hat. Die Verbindung wird unterLuft kann durch eine Einlaßöffnung 23 in den brochen, wenn die Arbeitskammer B etwa ihr mini-Ladeluftverdichter gelangen. Die Abgase verlassen <>° males Volumen und die Arbeitskammer F etwa ihr den Ladeluftverdichter durch die Austrittsöffnung 24. maximales Volumen besitzt.

Ein Luftübertrittskanal 25 läßt eine Luftströmung In gleicher Weise wird die Verbindung über den von dem Hohlraum 15 nach dem Hohlraum 14 zu, Abgasübertrittskanal 26 zwischen den Arbeitskamwährend ein Abgasübertrittskanal 26 die Verbren- mern H, D hergestellt, wenn die Arbeitskammer H nungsease von dem Hohlraum 14 nach dem Hohl- 65 etwa ihr maximales Volumen und die Arbeitskamraum 15 gelangen läßt. mer D gleichzeitig etwa ihr minimales Volumen be-Ein Brennstoffinjektor 27 ist an einer Stelle 29 in sitzt. Die Verbindung wird unterbrochen, wenn die der den Hohlraum 14 umgebenden Wandung gegen- Kammer H ihr minimales Volumen erreicht hat und

lie Kammer D gleichzeitig ihr maximales Volumen.

Der Motor besitzt folgende Öffnungszeitgebung:

Der Luftübertrittskanal 25 öffnet niederdruckseitig 306° vor Totpunkt »Niederdruck«.

Der Luftübertrittskanal 25 schließt hochdrucksei tig 171° vor dem Totpunkt »Hochdruck«.

Der Abgasübertrittskanal 26 öffnet hochdruckseitig 203° nach dem Totpunkt »Hochdruck«.

Der Abgasübertrittskanal 26 schließt niederdruckseitig 330° nach dem Totpunkt »Hochdruck«.

Die Totpunktstellung bei einer Kreiskolbenmaschine ist erreicht, wenn eine Ecke des Kolbens vertikal nach unten weist und wenn die Exzentrizität der betreffenden Exzenterwelle in der obersten Stellung befindlich ist. Die Winkel, auf die Bezug genommen wird, sind Exzenterwellenwinkel.

Die Ränder der Öffnungen sind mit AA, BB, CC, DD, EE, FF, GG, HH, II, JJ, KK und LL bezeichnet.

Weitere Einzelheiten der Öffnungs- bzw. Schließzeiten sind die folgenden:

AA: 249° vor Totpunkt »Niederdruck«

Die Einlaßöffnung 23 beginnt sich bei dem maximalen summierten Einlaßvolumen zu schließen, d. h. wenn das Gesamtvolumen von Niederdruck- und Hochdruckkammern, die eine neue Ladung empfangen, das Maximum ist. Die Bewegungsgröße, die der Ladung innewohnt, verhindert eine Rückströmung, bevor der Rand BB durch die Kolbenecke erreicht ist. Die Funktion ist die gleiche wie bei einem Einlaßventil einer Hubkolben-Brennkraftmaschine.
BB: 1SO^C vor Totpunkt »Niederdruck«

Die Einlaßöffnung 23 schließt. Diese Stellung wird durch die Größe und Gestalt der Öffnung bestimmt. CC: 306° vor Totpunkt »Niederdruck«

Der Luftübertrittskanal 25 öffnet niederdruckseitig, bevor das maximale Niederdruckvolumen erreicht ist, um eine Hochdruckfüllung zu ermöglichen, jedoch so spät als möglich, um das tote Verlustvolumen im Niederdruck zu reduzieren, wenn die Gasübertragung vollendet ist. Der Punkt liegt auch so spät, daß eine Überströmung vom Abgasübertrittskanal 26 verhindert wird.

DD: 274° vor Totpunkt »Niederdruck«

Der Luftübertrittskanal 25 schließt niederdruckseitig. Diese Lage hängt von der Gestalt und Größe der Öffnung ab.

EE: 213° vor Totpunkt »Hochdruck«

Der Luftübertrittskanal 25 beginnt hochdruckseitig zu schließen. Diese Lage wird durch FF bestimmt und hängt von der öffmingsgröße und Gestalt ab.
FF: 171° vor Totpunkt »Hochdruck«

Der Luftübertrittskanal 25 schließt hochdruckseitig, bevor der Abgasübertrittskanal 26 sich öffnet, um eine Verunreinigung der übertragenen Ladung zu verhindern und um Zeit zur Spülung zu schaffen. Der Druck der verbleibenden Ladung in der Niederdruckkammer bei oberer Totpunktstellung trägt dazu bei, die Abgasübertragung zu verhindern.

GG: 203° nach Totpunkt »Hochdruck«
Der Abgasübertrittskanal 26 öffnet so spät als möglich, um die prozentualen Verluste im Abgasübertrittskanal 26 zu verhindern und die Öffnung zu ίο verzögern, bis FF geschlossen ist. Dieser Punkt sollte mit dem minimalen Niederdruckvolumen zusammenfallen, wobei eine kurze Abgasübertragungsleitung angestrebt werden soll.

HH: 238° nach Totpunkt »Hochdruck«
Der Abgasübertrittskanal 26 schließt hochdruckseitig.

//: 303° nach Totpunkt »Niederdruck«
Der Abgasübertrittskanal 26 niederdruckseitig beginnt sich zu öffnen.
JJ: 330" nach Totpunkt »Niederdruck«

Der Abgasübertrittskanal 26 wird niederdruckseitig geöffnet, wenn das summierte Volumen das dem Abgasübertrittskanal 26 anliegt, ein Minimum ist. Das sich vergrößernde Niederdruckvolumen ergibt eine gute anfängliche Hochdruckabgasspülung, bevor die nächste Sekundärspülstufe auftritt. Der Punkt muß auch so gewählt werden, daß ein kurzer Abgasübertrittskanal 26 erhalten wird.

KK: 195° nach Totpunkt »Niederdruck«
Die Austrittsöffnung 24 öffnet sich 50° vor Erreichen des maximalen summierten Expansionsvolumens. Dieses frühzeitige Öffnen ergibt eine Anpassung an die Zeit, die erforderlich ist für die Gasbeschleunigung, um ein Ausstoßen zu ermöglichen, wie dies bei herkömmlichen Hubkolbenmaschinen der Fall ist.

LL: 255° nach Totpunkt »Niederdruck«
Die Austrittsöffnung 24 öffnet sich voll.
Diese obenangegebenen Winkel sind jedoch für die Erfindung nicht zwingend und können geändert werden. Eine Änderung ist bis zu ±25° möglich.

Dadurch, daß die Kolben außer Phase laufen und insbesondere um 180° außer Phase befindlich sind, wird die Möglichkeit geschaffen, daß die Ubertrittskanäle 25 und 26 eine bessere Lage in bezug auf die Motorzeitgebung besitzen und es können dadurch auch Leitungen mit kürzerer Leitungslänge und demgemäß geringerem Volumen benutzt werden. Außerdem kann durch die Gestalt der Öffnungen der Übertrittskanäle der Wirkungsgrad verbessert werden.

Indem die kleinen Achsen 50, 51 der Gehäuse nicht in einer Linie angeordnet sind, wird die Anordnung der Übertrittskanäle 25, 26 verbessert im Hinblick auf ihre Zeitcharakteristik.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Parallel- und innenachsige Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Zweifach-Anordnung unmittelbar nebeneinander in Parallelschaltung einer ersten, im Querschnitt wesentlich größeren Maschineneinheit als Ladeluftverdichter und einer zweiten Maschineneinheit als eigentliche Brennkraftmaschine, wobei beide durch eine gemeinsame Zwischenwand voneinander getrennten Maschineneinheiten je einen mit gleicher Drehzahl, aber phasenverschoben zueinander umlaufenden Kolben in Schlupfeingriff mit jeweils einem trochoidalen Mantel mit einer großen und einer kleinen Achse aufweisen, wovon die großen Achsen der Maschineneinheiten zueinander parallel verlaufen, mit im Mantel des Ladeluftverdichters vorgesehener Einlaßsteuer- bzw. Auslaßsteueröffnung, mit in der gemeinsamen Zwischenwand befindlichem Luftübertritts- und Abgasübertrittskanal, und mit im Mantel der eigentlichen Brennkraftmaschine angeordneter Zündkerze und Brennstoffeinspritzvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinen Achsen (50, 51) und damit die beiden Maschineneinheiten parallel zueinander verschoben angeordnet sind, und daß die Achsen des Luftübertrittskanals (25) und des Abgasübertrittskanals (26) parallel zu den kleinen Achsen (50, 51) laufen.

2. Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Zweifach-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene (52) durch die Gehäusemittelachsen (53, 54) beider Maschinenarten die die kleinen Achsen (50, 51) enthaltenden Ebenen unter einem Winkel bis zu etwa 10° schneidet.

3. Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Zweifach-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene (52) durch die Gehäusemittelachsen (53, 54) beider Maschinenarten die die kleinen Achsen (50, 51) enthaltenden Ebenen unter einem Winkel von etwa 5° schneidet.