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Zündeinrichtung für Rotationskolben-Brennkraftmaschine Die Erfindung
bezieht sich auf eine verbesserte Zündeinrichtung für eine mit Rotationskolben arbeitend-e
Brennkraftmaschine.
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In den üblichen Brennkraftmaschinen mit Rotationskolben, insbesondere
in mit Kreiskolben arbeitenden Wankelmotoren wird eine Zündeinrichtung verwendet,
die grundsätzlich mit den Zündeinrichtungen übereinstimmt, die üblicherweise in
mit H@bkolben arbeitenden Brennkraftmaschinen benutzt worden0 Die Zündung wird durch
Verwendung einer Zündkerze bewirkt, die während des Kom @ressionstaktes der Maschine
unter Berücksichtigung eines @ntsprechend gewählten Phasenwinkels erregt wird.
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In einer Kreiskolbenmaschine hat die Arbeits- oder Verbrennungskammer
in Richtung ihrer Achse gesehen im wesentlichen die E'orm eines länglichen Rechteckes,
wenn ungefähr oder genau der Zeitpunkt der Zündung oder vor allem der höchsten Kompression
des Luft-Treibst off-Gemisches betrachtet wird0 Während des Zündungsvorganges ist
die Form der Verbrennungskammer demnach dünn und länglich und wird durch große Bereiche
umgebender kälterer Teile beDrenztO Aufgrunddessen und wegen der einer Kreiskolbenmaschine
eigentümlichen Bewegung der Kammer treten gewisse Schwierigkeiten bei der Zündung
des verdichteten Luft-Treibstoff-Gemisches viel häufiger als irn Fall von Hubkolbenmaschinen
auf und führen zu einer schlechteren Verbrennung in den KreiskolbenmotorenO Zur
Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist bereits bekannt, für jede Verbrennungskammer
zwei Zündkerzen zu verwenden, Durch Benutzung einer Doppelzündkerzenanordnung sind
åedoch die Schwierigkeiten einer geringeren Verbrennungswirkung nicht beseitigt
worden.
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Bei Kreiskolbenmotoren der oben erwähnten Art ist der Gehalt an ÖHx0
CO in den Auspuffgasen merklich höher und beträgt oft ein Mehrfaches des entsprechenden
Gehaltes bei Hubkolbenmotoren, obwohl das Verhältnis bzw. der Gehalt nicht allein
vom Mischungsverhältnis, sondern auch von
der jeweiligen Drehzahl
der Maschine abhängt Mit anderen Worten ist das Verhältnis oder der Gehalt an ITOx
erheblich kleiner als im FätL der Hubkolbenmaschinen. Diese Erscheinung führt zu
einer entsprechenden Erhöhung des Gehaltes an unverbrannten Komponenten in den Auspuffgasen
des Kreiskolbenmotors. Bei diesen Motoren wird aufgrund dieses Nachteiles eine etwa
10% oder mehr betragende Verringerung der Verbrennungswirkung beobachtet.
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Andererseits hat sich gezeigt, daß auch bei Änderung des Zündungsablaufes,
der Umdrehungszahl der Maschine, des Treibstoff-Gemisch-Verhältnisses, der Rotor-Form
und der Kerzenanordnung eine merkliche Verbesserung der Verbrennungswirkung über
einen breiten Drehzahlbereich oder für entsjgrechende Treibstoff-Gemisch-Verhältnisse
nicht erwartet werden kann0 Die Erfindung bezweckt deshalb die Schaffung einer wesentlich
verbesserten Zündeinrichtung, bei der die vorerwahnten bekannten Nachteile fortfallen.
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Erfindungsgemäß ist eine Brennkraftmaschine mit Rotationskolben und
einem stationären Gehäuse, das eine im Querschnitt kurvenförmige Innenwandfläche
aufweist, an der ein Kreiskolben mit Dichtung entlanggleitet, um wenigstens eine
Arbeitskammer zwischen Kreiskolben und Gehause zu bilden, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse mit wenigstens einer Gliihkerzenanordnung ausgestattet ist,
die
ein elektrisch heizbares Element zur Zündung eines Treibstoff-Luft-Gemisches hat,
das in der Kammer verdichtet ist.
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Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung erget>en sich aus den
Ansprüchen sowie aus der Beschreibung und der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel
erläutert und dargestellt ist. Es zeigen Fig. 1 einen vereinfacht dargestellten
Querscbnitt einer erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine, Fig. 2 einen Axialschnitt
durch eine für die erfindungsgemäße Maschine zu verwendende Zündeinrichtung und
Fig. 3 einen Teil des stationären Rotor-Gehäuses in Schaubildlicher Ansicht zur
Veranschaulichung von wahlweise möglichen Einsetzstellungen einer Zündeinrichtung
nach Fig. 2.
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Eine erfindungsgemäße Kreiskolben-Brennkraftmaschine weist ein hohl
es Gehäuse 1 auf, dessen Innenwandfläche 2 im Querschnitt die Form einer zweiblättrigen
@pitrochoide hat.
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Im Gehäuse läuft ein dreieckiger rotor So dieser Rotor oder Kreiskolben
5 ist mittels einer kreisförmigen Kurkeleinrichtung 4 und einer Ausgangswelle 3
in einem Paar üblicher wälzlager abgestützt, die in der Mitte der Deckel 1a und
ib des Gehäuses 1 angeordnet sind.
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Der Kreiskolben 5 ist mit einer fest an dem Kolben angeordneten Innenverzahnung
7 ausgebildet, die konzentrisch zur Mitte des Kolbens der Kurveneinrichtung 4 liegt
und mit einem Zahnrad 8 mit Außenverzahnung kämmt. Die Teile 1 und 8 sind starr
und fest miteinander verbunden, Die Teile 3 und 4 sind ebenfalls fest miteinander
verbunden, Ferner sind die Teile 5 und 7 fest miteinander verbunden, Die Teile 4,
5 und 7 liegen konzentrisch zueinander0 Die zeile 3 und4 sind zueinander exzentrisch,
während die Teile 3 und 8 konzentrisch zueinander sind0 Das Außenzahnrad 8 ist in
der Mitte der Innenwandfläche des Deckels Ib fest angeordnet0 Das Zahnverhältnis
zwischen den Zahnrädern 7 und 8 wird zum 3eispiel mit 3:2 gewählt. Die Scheitel
der drei Zipfel des Kreiskolbens 5 sind mit gleitfähigen Dichtungsgliedern 6-1,
6-2 und 6-3 versehen, die zur Innenwandfläche 2 des Gehäuses 1 dichten, Obwohl nicht
dargestellt, ist an jedem Scheitel des Kreiskolbens eine Federvorrichtung vorgesehen,
die auf das entsprechende Dichtungsglied 6-1, ü-2 Uzw, 6-3 eine Federkraft ausübt,
so daß das Dichtung glied mit einer elastischen, nach außen gerichteten Radialkraft
vorgespannt ist, um eine befriedigende Gleitdichtung zwischen dem Kreiskolben 5
und der feststehenden Gehäusewand 2 zu gewährleisten. Diese Anordnung ist als an
sich bekannt im einzelnen nicht dargestellt0
Auf diese Weise werden
drei getrennte Kammern A, B und C innerhalb des Gehäuses 1 iun den dreieckigen Kreiskolben
5 herum gebildet.
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Ein Ansaugstutzen 9a ist zum Ansaugen eines Treibstoff-Luft-Gemisches
vorgesehen, das von einem üblichen, nicht dargestellten Vergaser kommt. Der Ansaugstutzen
führt durch einen Ansaugkanal 9b zur Ansaugöffnung 9, die durch den Deckel Ia hindurchgebohrt
ist. In dem in Fig. 1 gezeigten Zustand wird die Ansaugöffnung 9 in Strömungsverbindung
mit der ersten Kammer A gehalten.
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Eine Auspufföffnung 10 ist durch die Wand des Gehäuses 1 gebohrt und
steht in Strömungsverbindung mit einem Auspuffkanal 11, der zu einem nicht dargestellten
Geräuschdämpfer oder Auspufftopf führt In dem dargestellten Zustand wird die Auspufföffnung
10 in Verbindung mit der dritten Kammer C gehalten, Im wesentlichen gegenüber dem
Öffnungspaar 9, 10, bezogen auf die senkrechte Richtung in Figo 1, ist eine Glühkerzenanordnung
GP vorgesehen, die in eine radial verlaufende Gewindebohrung h eingepasst ist, die
durch die ,Jand des Gehauses 1 gebohrt ist, und zwar durch das mittlere, ringförmige
Glied 1c. Die Kerzenanordnung ist mit einem elektrisch heizbaren Element 14 versehen,
das eng benachbart zum innersten Ende der Kerzenanordnung 14 liegt Dieses
Element
14 wird ständig während der ganzen Betriebszeit der Maschine bis zu einem rotwarmen
Zustand durch den durch das Element 14 hindurchgliessenden elektrischen Strom geheizt.
Dadurch wird das Treibstoff-Luft-Volumen gezündet, das nacheinander in den Kammern
At B und C aufgenommen und verdichtet worden ist, indem das Volumen mit dem Element
in Kontakt tritt, während diese Kammern fortschreitend mit dem kontinuierlich drehenden
Kreiskolben 5 an dem Element vorbeilaufen.
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Während die übliche Zündkerze momentan und aufeinanderfolgend in bestimmten
gewählten Zeitabständen betätigt wird, ist die erfindungsgemäße Zündeinrichtung
jederzeit zündfähig. Damit ergibt sich ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem
Stand der Technik Fige 2 zeigt eine Glülikerzenanordnung GP im einzelnen, Der Strom
wird von einer Stromquelle durch einen Zündschalter, eine Sicherung und eine Leitungsvorrichtung,
die im einzelnen nicht dargestellt sind, einem elektrischen Anschluß 12 zugeführt,
der einstellbar und abnehmbar an einen Leitungsschaft 15 mittels einer Mutter 13
und Scheiben 18,19 befestigt ist. Der Schaft 15 ist seinerseits mittels eines Isolators
17 in einer Metallbuchse 16 befestigt, die mit einem Außengewinde 16a ausgebildet
ist, welches in das Gewinde der Gewindebohrung h paßt.
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Das Element 14 ist am inneren Ende des Schaftes 15 und an der Buchse
16 durch geeignete Befestigungsmittel befestigt.
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Vorzugsweise ist das Element 14 an diesen Teilen angeschweißt.
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Die Einsatzstellung der Glühkerzenanordnung GP wird derart geitilt,
daß die Glühkerze in Kontakt mit dem Treibstoff-Luft-Volumen gebracht wird, wenn
jede der Kammern während jedes Verdichtungshubes des Kreiskolbens nahezu der Höchstverdichtung
unterworfen ist, Dabei wird ein entsprechend erforderlicher (hasenwinkel berücksichtigt0
Die Glühkerzenanordnung GP liegt etwas zurückgezogen in der Bohrung h, so daß sie
nicht in Berührung mit den Dichtungsgliedern 6-1, 6-2 und 6-3 des Kreiskolbens 5
geräts Die Glühkerzenanordnung ist natürlich abge@ichtet in die Bohrung h eingepaßt.
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Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine wird
nachfolgend beschrieben0 Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die Ausgangrswelle
3 bei einer vollständigen Drehung des Kreiskolbens 5 in Fig. 1 im Uhrzeigersinn
drei vollständige Umdrehungen in Richtung des Pfeil es X gemeinsam mit der Kurbeneinrichtung
4 ausführt, Der Kreiskolben 5 führt bei einer eigenen vollständigen Umdrehung drei
vollständige Bahnumdrehungen aus.
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Aufgrunddessen werden bei einer vollständigen Umdrehung des dreiecken
Kreiskolbens 5 und durch dessen Zusammenwirken mit dem zweiblättrigen Rotorgehäuse
1 die drei Kammern A, A, B und C jeweils einem Kompressions- und einem Expansionshub
unterworfen.
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Die Zündwirkung der Glühkerze GP beginnt, wenn die vorauslaufende
Dichtung für eine Verbrennungskammer über die Einsatzstelle der GltihRerze hinweggeht,
und endet, wenn die nachlauf ende Dichtung über die ,leiche Stelle hinweggeht. In
diesem letzten Zeitpunkt hat die vordere Dichtung den maximalen Expansionshub für
dieselbe Kammer durchlaufen und geht gerade über die Auspuff öffnung 10 hinweg oder
hat diese Gerade passiert. Dadurch ergibt sich jedoch keine abträgliche Einwirkung
auf die Arbeitsweise der Maschine, Es ist vielffiahr sehr wichtig, die Anordnung
und Abmessung der zusammenwirkenden Teile so zu gestalten un(i zu wählen, daß die
Zündung in einem richtigen Zeitpunkt des Kompressionstaktes beginnt In der Praxis
kann durch Versuche die richtige Zeit ermittelt werden0 Entsprechend diesen Versuchen
kann durch Einstellung der Einsatztiefe der Glühkerzenanordnung der Zündungsbeginn
merklich abgewandelt werden. Bei größerer Tiefe wird die Zündung entsprechend langsamer.
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Statt einer einzelnen Glühkerze können auch zwei oder mehrere Glühkerzen
eingesetzt werden, wie durch die wahlveise zu benutzenden Einsatzstellungen h1,
h2, und h3 in
Fig. 3 veranschaulicht ist0 Die Einstellung der Einsetztiefe
kann durch Ein- oder Ausschrauben der Gewindebuchse 16 erreicht werden.
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Es ist zu beachten, daß das elektrisch heizbare Element 14 einen beträchtlich
großen Wärmeinhalt aufweisen kann, da das Element in seiner Größe und Masse nach
Wunsch vergrößer werden kann0 Aufgrund dieser großen Wärmekapazität des Elementes
14 kann die Zündungsdauer im Vergleich zum Stand der Technik, der mit üblichen Funkenzündkerzen
arbeitet, merklich verkürzt werden. Daher spielt für die vorliegende Erfindung der
Rasenwinkel nur eine geringe Rolle fur die Erreichung einer möglichen maximalen
Verbrennungswirkung in der KreiskolbenmaschineO Nach Auslösung der anfänglichen
Zündung des Treibstoff-Luft-Gemischvolumens, das in der zugehörigen Kammer B im
Fall der Fig. 1 enthalten ist, und durch Kontakt dieses Volumens mit dem rotwarm
erhitzten Draht 14 sorgt die Verbrennungsflamme, die durch den üblichen turbulenten
Fluß des gesamten Gasinhaltes der Kammer und durch die Drehbewegung des Kreiskolbens
bzw. der Kammer beschleunigt ista für eine praktisch momentane Verbrennung der verbliebenen
unverbrannten Komponenten des Gasgemisches.
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Dieser Vorgang wird bis zur vollständigen Verbrennung der gesamten
Treibstoffkomponente des Gemisches wiederholt.
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Diese vollständige Verbrennung wird in einer kürzest
möglichen
Zeit erreicht, so daß ein gasförmiges Arbeitsmedium mit hohem Druck und hoher Temperatur
erzeugt wird.
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Die Zündungsmöglichkeit besteht, bis die nachlaufende Dichtung der
zugehörigen Kammer über das innere Ende der Bohrung h hinweggegangen ist. Eine Fehlzündung
kann im Vergleich zum Stand der Technik, die mit Funkenzündkerzen arbeiten, in einem
befriedigendem Ausmaß vermieden werden. Dagegen hat sich bei den üblichen Zündkerzen
herausgestellt, daß die Fortpflanzung der Verbrennungsflamme zu den Ecken der Verbrennungskammer
ziemlich schwierig zu erreichen ist.
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Durch Verwendung einer Mehrzahl gleicher Glühkerzenanordnungen GP
kann die Verbrennungswirkung noch weiter verbessert werden. So können, falls erforderlich,
zwei oder drei derartige Glühkerzen in entsprechende Gewindebo@rungen h17 h, uiid
h eingesetzt werden0 Wenn mehrere Glühkerzenanordnungen 14 seitlich in einer Linie
ungeordnet werden, kann die Breite der \Terbrennungs-Kammer erhöht werden, wobei
eine ähnliche Wirkung erreicht wird wie bei den Hubkolbenmaschinen mit kurzem Hub
und weiter Zylinderbohrung. Eine Rotationskolbenmaschine mit großer Kapazität kann
damit verwirklicht werden indem die Gleitgeschwindigkeit der Kreiskolbendichtungsvorrichtungen
so weit verringert werden, wie die Bedingungen für die Wärmeausdehnung der zugehörigen
Teile es gestatten
Erfindungsgemäß kann eine Mehrzahl von Glühkerzenanordnungen
GP in Drehrichtung des Kreiskolbens gesehen versetzt angeordnet werden, wobei die
Zündungszeit durch Abwandlung der Einsetztiefe jeder dieser Glühkerzen variiert
wird Auf diese Weise können die Zündungszeiten aller Glühkerzenanordnungen in Phase
zu einem bestimmten Abschnitt der Brehbewegung des Kreiskolbens eingestellt werden.
Es ist auch möglich, bei diesen Glühkerzenanordnungen eine gegenseitig versetzte
Zündungsphase zu benutzen. Diese Möglichkeiten sorgen für eine optimale Verbrennung
in der Kreiskolbenmaschine, Falls erforderlich, können eine oder mehrere der Kerzen
durch übliche Funkenzündkerzen ersetzt werden, um eine kombinierte Wirkung zu erreichen,
die einerseits durch den veränderlichen Charakter des Phasenwinkels der Funkenzündkerze
und andererseits durch die volle Verbrennungswirkung erreicht wird, die sich durch
Benutzung einer Zündvorrichtung mit elektrisch heizbarem element als Hauptbestandteil
des erfindungsgemäßen Zündungssystems ergibt.
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- PATENTANSPRÜCHE -