DE2348528A1

DE2348528A1 - Rotationskolben-viertakt-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2348528A1
Application number: DE19732348528
Authority: DE
Inventors: Charles Jones
Original assignee: Curtiss Wright Corp
Current assignee: Curtiss Wright Corp
Priority date: 1972-10-24
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1974-05-02
Also published as: JPS572893B2; US3795227A; CA991550A; GB1380553A; DE2348528C3; JPS4973510A; DE2348528B2

Description

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CURTISS-WRIGHT CORPORATION, Wood-Ridge, N.J., U. S. A,

Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmasohine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit Fremdzündung und Kraftstoff-Einspritzung, bestehend aus einem Gehäuse, das sich aus einem Mantel mit mehrbogiger Innenfläche und Seitenteilen zusammensetzt und in welchem ein mehreckiger Kolben drehbar auf dem Exzenter einer Exzenterwelle angeordnet ist, wobei in dem Bereich der inneren Mantelfläche, in welchem die Verdichtung stattfindet, mindestens eine Zündkerze und eine Einspritzdüse vorgesehen sind.

Bei einer bekannten Maschine dieser Art (US-PS j3 246 636) sind die Einspritzdüse und die Zündkerze nahe nebeneinander in einer Aussparung der inneren Mantelfläche angeordnet, wobei die Einspritzung entweder in oder entgegen der Drehrichtung des Kolbens erfolgt. Der Spritzstrahl ist dabei * so gerichtet, daß er an der negativen Elektrode am unteren Ende der Zündkerze vorbeispritzt. Da die positive Elektrode noch weiter außerhalb des Spritzstrahles ist, geht der Spritzstrahl nicht durch die Funkenstrecke der Zündkerze. Eine derartige Anordnung ist notwendig, weil ein Hineinragen der Elektroden in den Spritzstrahl die Strahlform in unerwünschter Weise verändern würde. Bei dieser Anordnung der Düse und der Zündkerze findet die Zündung in einem geringem Abstand von dem in die verdichtende Kammer eintretenden Spritzstrahl

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statt. Bei Teillast und insbesondere im Leerlauf, wo nur eine relativ geringe Turbulenz der in der Arbeitskammer verdichteten Luft stattfindet, tritt gerade an der Stelle, an welcher die Zündung erfolgt, eine nur relativ geringe Mischung des Kraftstoffes mit Luft ein. Dadurch ist eine sichere Zündung nicht gewährleistet. Außerdem kann eine Verschmutzung der Zündkerze auftreten auf Grund der nur teilweisen Verbrennung ind der Ablagerung von teilweise verbrannten Kraftstoffprodukten an den Elektroden.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausführung besteht darin, daß der Spritzwinkel nur etwa 30° beträgt. Da es vorteilhaft ist, daß der Sprühstrahl sich bereits etwas erweitert hat, bevor er die Zündkerzenelektrode passiert, muß die Einspritzdüse in einem relativ großen Abstand von der inneren Mantelfläche angeordnet werden. Die Zündkerze mit zwei Elektroden muß ebenfalls relativ tief in ihrer Aussparung angeordnet werden, wodurch das Gesamtvolumen der die Zündkerze und die Düse aufnehmenden Aussparung relativ groß wird. Eine derartige Aussparung großen Volumens ist jedoch unerwünscht, da sie das Verdichtungsverhältnis beeinflußt und eine beträchtliche Menge an verdichteter Luft aufnimmt. Ferner ist diese Zone verhältnismäßig kalt, was die Verdampfung nochmals erschwert. Besonders nachteilig ist jedoch, daß auf Grund der benötigten Ausdehnung, des Spritzstrahles vor Erreichen der öffnung in der inneren Mantelfläche diese öffnung verhältnismäßig groß sein muß, um einen ungehinderten Durchgang des Spritzstrahles zu ermöglichen. Die Kombination einer Aussparung gr.oßen Volumens mit einer großen öffnung bildet einen beträchtlichen Leckpfad beim Überschleifen dieser öffnung durch die voreilende Dichtleiste, wodurch ein nicht unbeträchtlicher Teil der verdichteten Luft in die vorhergehende, sich im Expansionstakt befindliche· Arbeitskammer entweichen kann.

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Der Erfindung leigt die Aufgabe zu Grunde, eine Rotationskolben-Viertakt-BrennkraftmaGchine der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der eine zuverlässige Zündung auch im unteren Teillastbereich und insbesondere auch im Leerlaufbetrieb gewährleistet ist, und eine Leckage zwischen benachbarten Arbeitskammern auf ein Kindestmaß reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden einerseits die Zündkerze und andererseits den Ein-Jipritzdüsenhalter aufnehmenden Aussparungen miteinander und mit einer gemeinsamen öffnung in der inneren Mantelfläche in Verbindung stehen, daß die Zündkerze eine Elektrode aufweist, die mit der Einspritzdüse eine Funkenstrecke bildet, und daß eine Zündeinrichtung vorgesehen ist, deren einer Pol mit der Zündkerzenelektrode und deren anderer Pol über das Gehäuse mit der Einspritzdüse verbunden ist.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird erreicht, daß der Funken direkt durch einen Teil des Sprühstrahles hindurch schlägt. Dies gewährleistet eine zuverlässige Zündung selbst bei niedrigen Leerlaufdrehzahlen, da die Hitze des Zündfunkens den Kraftstoff verdampft. Da die Verbrennung direkt bei der Elektrode beginnt, wird diese ebenfalls auf einer höheren Temperatur gehalten,' so daß eine Ablagerung von Verbrennungsrückständen nicht eintritt und die Gefahr einer Verschmutzung der Zündkerze verringert ist. Da die Zündkerze nur eine Elektrode aufweist und die andere Elektrode von der Einspritzdüse gebildet wird, ist der Raumbedarf des elektrodenseitigen Endes der Zündkerze gering.

Die Einspritzdüse ist vorzugsweise eine Mehrlochdüse mit einer Mehrzahl von öffnungen und einem Gesamt-Spritzbereich von annähernd 18O°, womit zusammen mit der Ausbildung

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der Zündkerze als Ein-Elektrodenkerze und der Verwendung der Einspritzdüse als der anderen Elektrode zusätzlich zu einer besseren Kraftstoffverteilung in der Brennkammer eine Anordnung der Düse in außerordentlich geringem Abstand von beispielsweise 1/10 mm von der inneren Kantelfläche ermöglicht wird, wodurch das Volumen der die Düse und die Zündkerzenelektrode aufnehmenden Aussparung verringert und nur eine sehr kleine Öffnung in der inneren Mantelfläche benötigt wird, die noch dazu zum Teil von der Einspritzdüse ausgefüllt sein kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit zweibogiger innerer Mantelfläche, wobei das vordere Gehäuseseitenteil weggelassen und der Gehäusemantel teilweise geschnitten ist,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Gehäusemantel mit einer Zündkerze und einer Einspritzdüse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine Abwandlung der Ausführung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Teil der Zündkerze und der Einspritzdüse der Ausführung gemäß Fig. 3 in nochmals vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 5-5 in Fig. 4,

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Pig. 6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Maschine mit Doppelzündung und Doppeleinspritzung,

Fig. 7 eine Teilansicht ähnlich Pig.-I, wobei die Zündkerze und die Einspritzdüse in einer achsnahen Zone des Mantels angeordnet sind,

F|ig. 8 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 7, wobei die Zündkerze und die Einspritzdüse in Drehrichtung des Kolbens nach einer achsnahen Zone angeordnet sind, und

Fig. 9 einen Teil-Längsschnitt durch das Gehäuse und den Kolben mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher in Vorderansicht eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine dargestellt ist, deren Gehäuse sich aus einem Mantel 12 mit einer zweibogigen Innenfläche Ij5 und parallelen Seitenteilen 14, von denen nur die hintere sichtbar ist, zusammensetzt. Eine Exzenterweile 16 ist in den Seitenteilen 14 gelagert und weist einen Exzenter 17 auf, auf welchem ein dreieckiger Kolben 18 drehbar angeordnet ist. Die innere Mantelfläche 13 weist an den Anschlußstellen der beiden Bogen achsnahe Zonen IJa und 13b auf.

Auf der einen Seite der achsnahen Zone 13b ist ein Einlaßkanal 19 für Frischluft und auf der anderen Seite ein Auslaßkanal 21 für die verbrannten Gase vorgesehen. Die beiden Kanäle I9, 21 sind im Ausführungsbeispiel im Gehäusemantel angeordnet, jedoch kann auch mindestens einer dieser Kanäle in einem oder beiden Seitenteilen 14 vorgesehen werden.

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Jede Kolbeneoke 22 ist mit einer Dichtleiste 23 versehen, die an der inneren Mantelfläche 13 dichtend entlanggleitet.

Zwischen den Innenflächen des Gehäuses und jeder der drei Kolbenfl&nken 25 wird eine Arbeitskammer veränderlichen Volumens gebildet. Beim Umlauf des Kolbens 18 wird Frischluft durch den Einlaßkanal I5 eingesaugt und im Bereich der gegenüberliegenden achsnahen Zone 13a verdichtet. Jede Kolbeni'lanke 25 ist mit einer Kolbenmulde 24 versehen, welche das ■"■erdichtungsverhältnis der Maschine bestimmt. Der Kolben 18 :.st etwa in der Stellung gezeigt, in der die Zündung erfolgt, das heißt, etwa 30⁰ Exzenterwellen-Drehwinkel vor dem oberen Totpunkt.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, sind ein Düsenhalter 26 und eine Zündkerze 27 in miteinander in Verbindung stehenden Aussparungen 26a, 27a in dem Kantel 12 im Bereich der achsnahen Zone 13^a angeordnet, die den Einlaß- und Auslaßkanälen 19, 21 gegenüberliegt. Die Aussparungen 26a, 27a stehen an ihren inneren Enden miteinander in Verbindung und haben eine gemeinsame öffnung 28 in der inneren Mantelfläche 13. Der Einspritzdüsenhalter 26 und die Zündkerze 27 stehen in einem Winkel zueinander, um die Zündkerzenelektrode 31 möglichst nahe an die Düse 29 heran bringen zu können. Bei dieser Ausführung sind die Düse und die Zündkerze in einem geringem Abstand vor der achsnahen Zone 13a bezogen auf die Drehrichtung des Kolbens l8, angenordnet. Eine schematisch angedeutete Zündeinrichtung 10 'ist mit ihrem einen Pol mit der Elektrode 3I der Zündkerze 27 und mit ihrem anderen Pol geerdet und damit mit dem Gehäuse der·Brennkraftmaschine verbunden.

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Wie in vergrößertem Maßstab in Fig. 2.dargestellt, ist die Einspritzdüse 29 in der öffnung 28 so nahe wie möglich an der inneren Mantelfläche 13 angeordnet und höchstenfalls einige 1/10 mm von dieser entfernt. Durch die Lage der Zündkerze in einem Winkel zur Längsmittelachse des Düsenhalters 26 kann die Elektrode Jl nahe an die Einspritzdüse 29 heranreichen. Der genaue Abstand zwischen der Elektrode 31 und der Einspritzdüse 29 wird dadurch eingestellt, daß die Zündkerze 27 mit einem vorbestimmten Drehmoment gegen eine Dichtung 32 geschraubt wird. Der Abstand zwischen" der Elektrode 3I und der Düse 29 ist dann der optimale Elektrodenabstand; wobei die Düse 29 durch ihre Befestigung im Mantel mit der* geerdeten negativen Seite der Zündeinrichtung 10 verbunden ist.

Diese Anordnung, bei der die Düse' 29 die innere Mantelfläche 13 fast tangiert, gestattet es, daß die öffnung 28 wesentlich kleiner ausgeführt werden kann als dies bisher möglich war. Dadurch, daß die Aussparungen 26a und 27a von dem Düsenhalter 26 bzw. der Zündkerze 27 weitgehend ausgefüllt werden, ist das freie Volumen außerordentlich klein, so daß die Leckage zwischen benachbarten Arbeitskammern beim Überstreichen der öffnung 28 durch eine Dichtleiste auf ein Mindestmaß reduziert wird.

Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist die Düse mit einer Vielzahl von kleinen öffnungen 33 versehen, durch welche der Kraftstoff in Form von einzelnen Sprühstrahlen ausgespritzt wird. Die Anzahl, die Form, die Größe und die Richtung der Öffnungen 33 kann von Maschine zu Maschine verschieden sein entsprechend dem Kraftstoffbedarf der Maschine und je nach dem, ob die Düse vor oder nach der achsnahen Zone 13a angeordnet ist, und je nach dem, ob der Winkel, in welchem der Düsenhalter 26 eingebaut ist, derart ist, daß die Düse im wesentlichen in Kolbendrehrichtung, entgegen der Kolbendrehrichtung oder in axialer Richtung spritzt. In jedem Fall ist zumindest eine öffnung 33^a so angeordnet

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und ausgerichtet, daß sie einen "Zündstrahl" 34a durch die Funkenstrecke der Zündkerze spritzt.

Eine nicht dargestellte Kraftstoffeinspritzpumpe üblicher Art liefert die nötige Kraftstoffmenge mit dem nötigen Druck zur vorbestimmten Zeit. Die Einspritzung erfolgt normalerweise, sobald das voreilgende Ende einer Kolbenmulde 24 die öffnung 28 passiert hat, und sie kann während des Leerlaufs kurz sein oder z.B. bei Vollast fortdauern, bis das nacheilende Ende der Kolbenmulde die Öffnung 28 erreicht hat. Die Zündung wird durch den Verteiler des Zündsystems eingeleitet und erfolgt normalerweise bei Beginn der Kraftstoffeinspritzung] jedoch kann der Zündzeitpunkt auch so eingestellt werden, daß die Zündung später während der Einspritzung oder auch während der ganzen Dauer der Einspritzung erfolgt.

Pig· 3, ^ und 5 zeigen eine ähnliche Anordnung der Einspritzdüse und der Zündkerze, wobei die Düse 29 von einer Ringelektrode 36 umgeben ist, auf welche der Zündfunke von der Zündkerzenelektrode 31 überspringt. Der Ring 36 ist an einer Stelle geteilt und mit einem schmalen Spalt zwischen diesen Enden versehen und auf der Düse 29 so angebracht, daß der Spalt der Elektrode J>1 unmittelbar benachbart ist, so daß die Funkenstrecke zwischen den Ringenden und der Elektrode_< 31 gebildet wird. Die Düsenöffnung 33^a ist so angeordnet, und ausgerichtet, daß ein Kraftstoffstrahl 3>4a durch den Spalt zwischen den Enden des Ringes 36 hindurchgespritzt wird und somit die Funkenstrecke passiert. Der Ring J>6 kann auf die Düse 29 aufgepreßt sein, so daß er im Falle von Abbrand entfernt und ausgewechselt werden kann.

Obgleich jeder Kraftstoffstrahl aus jeder der einzelnen öffnungen 33 im wesentlichen ein kohärenter Strahl ist, ist er.von einem Kraftstoffnebel umgeben, der sofort durch den

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Zündfunken entzündet wird. In jedem Fall ist die Hitze des Funkens ausreichend, um so viel Kraftstoff zu verdampfen, daß die Zündung eingeleitet wird.

In Fig. 6 ist eine Ausführung gezeigt, die brauchbar ist für Maschinen, deren Kolben 18 eine, größere axiale Breite hat, insbesondere für Maschinen größerer Leistung, jedoch mit der gleichen Geometrie. Bei dieser Ausführung sind zwei Zündkerzen- und Einspritzdüsen-Paare axial nebeneinander angeordnet. Wie in den vorhergehenden Beispielen, können die Zündkerzen und Einspritzdüsen entweder vor, in oder nach der achsnahen Zone IJa angeordnet sein.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung eines Einspritzdüsen-Zündkerzen paares in der achsnahen Zone 1^a, während in Fig. 8 die Anordnung der Zündkerze 27 und der Einspritzdüse 26 in Kolben drehrichtung nach der achsnahen Zone 1^a dargestellt ist.

Während in allen vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Einspritzdüse und die Zündkerze in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind, zeigt Fig. 9 eine Ausführung, bei der die Einspritzdüse 26 und Zündkerze 27 axial hintereinander angeordnet sind, wobei die Düsenöffnungen "33 so gewählt sind, daß die gewünschte Strahlform erreicht wird. Wie bei den vorhergehenden Beispielen sind die Einspritzdüse und die Zündkerze in der Nähe der achsnahen Zone 1^a angeordnet, in deren Bereich die Verdichtung stattfindet.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.j Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit Fremdzündung und Kraftstoff-Einspritzung, bestehend aus einem Gehäuse, das sich aus einem Mantel mit mehrbogiger Innenfläche und Seitenteilen zusammensetzt und in welchem ein mehreckiger Kolben drehbar auf dem Exzenter einer Exzenterwelle angeordnet ist, wobei im dem Bereich der inneren Mantelfläche, in welchem die Verdichtung stattfindet, mindestens eine Zündkerze und eine Einspritzdüse vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einerseits die Zündkerze (27)und andererseits den Einspritzdüsenhalter (26) aufnehmenden Aussparungen (27a, 26a) miteinander und mit einer gemeinsamen öffnung (28) in der inneren Mantelfläche (I3) in Verbindung stehen, daß die Zündkerze (27) eine Elektrode (31) aufweist, die mit der Einspritzdüse (29) eine Funkenstrecke bildet, und daß eine Zündeinrichtung vorgesehen ist, deren einer Pol mit der Zündkerzenelektrode (31) und deren anderer Pol über das Gehäuse (11) mit der Einspritzdüse (29) verbunden ist.

2. Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (29) eine Mehrzahl von öffnungen (33) aufweist zwecks Einspritzung des Kraftstoffes in verschiedenen Richtungen in die verdichtende Arbeitskammer, wobei eine öffnung (33^a) so gerichtet ist, daß ein Spritzstrahl durch die Funkenstrecke zwischen der Zündkerzenelektrode (31) und der Einspritzdüse (29) verläuft.

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3. Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (29) von einem auswechselbaren Ring (36) umgeben ist, der an einer der Zündkerzenelektrode (Jl) benachbarten Stelle geteilt ist, so daß eine Funkenstrecke zwischen der Elektrode (31) und den Enden des Ringes (36) gebildet wird, und daß eine öffnung (33a) der Einspritzdüse (29) auf den Spalt zwischen den Enden des Ringes (36) gerichtet ist.

Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die innere Mantelfläche mindestens zw_ei achsnahe Zonen aufweist und im Bereich einer dieser achsnahen Zonen die Verdichtung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (28) in der inneren Mantelfläche (13) vor, in oder nach dieser achsnahen Zone (13^a) angeordnet ist.

5. Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Aussparungen (26a, 27a) in Umfangsrichtung hintereinander liegen und in einem Winkel zueinander stehen und an ihren der inneren Mantelfläche (I3) zugewandten Enden miteinander in Verbindung stehen.

6. Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Aussparungen in axialer Richtung hintereinander liegen und in einem Winkel zueinander stehen und an ihren vorderen, der inneren Mantelfläche (13) zugewandten Enden miteinander in Verbindung stehen (Fig. 9).

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7· Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von Einspritzdüsen und Zündkerzen axial nebeneinander im Mantel (12) angeordnet sind (Fig. 6).

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