DE2348528B2 - Rotationskolben-viertakt-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

zuverlässige Zündung auch im unteren Teillastbereich und insbesondere auch im Leerlaufbetrieb gewährleistet ist und eine Leckage zwischen benachbarten Arbeitskammern auf ein Mindestmaß reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Elektrode der Zündkerze mit dt r Einspritzdüse eine Funkenstrecke bildet, indem von einer Zündeinrichtung ein Pol mit der Zündkerzenelektrode und der andere 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 an sich, z. B. aus der US-PS 36 98 364, bekannte Mehrlochdüse mit einer Mehrzahl von Öffnungen und einem Gesamt-Spritzbereich von annähernd 180°, womit zusammen mit der Ausbildung 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 Mantelfläche ermöglicht wird. Dadurch wird eine sehr kleine öffnung in der inneren Mantelfläche benötigt, die noch dazu zum Teil von der Einspritzdüse ausgefüllt sein kann, so daß die Leckage zwischen benachbarten Arbeitskammern auf ein Mindestmaß reduziert wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

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

F i g. 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,

F i g. 4 ein 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 F ig. 4,

F i g. 6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bu Maschine mit Doppelzündung und Doppeleinspritzung,

Fig.7 eine Teilansicht ähnlich Fig. 1, wobei die Zündkerze und die Einspritzdüse in einer achsnahen Zone des Mantels angeordnet sind,

Fig. 8 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 7, wobei die hi 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 weiieren Ausführungsform der Erfindung.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher in Vorderansicht eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine dargestellt ist, deren Gehäuse 11 sich aus einem Mantel 12 mit einer zweibogigen Innenfläche 13 und parallelen Seitenteilen 14, von denen nur die hintere sichtbar ist, zusammensetzt. Eine Exzenterwelle 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 \3a und 136 auf.

Auf der einen Seite der achsnahen Zone i3b ist ein Einlaßkanal 19 für Frischluft und auf der anderen Seite ein Auslaßkanal 21 für die verbrannten Gase vorgesehen. Die beiden Kanäle 19, 21 sind im Ausführungsbeispiel im Gehäusemantel 12 angeordnet, jedoch kann auch mindestens einer dieser Kanäle in einem oder beiden Seitenteilen 14 vorgesehen werden.

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

Zwischen den Innenflächen des Gehäuses und jeder der drei Kolbenflanken 25 wird eine Arbeitskammer veränderlichen Volumens gebildet. Beim Umlauf des Kolbens 18 wird Frischluft durch den Einlaßkanal 19 eingesaugt und im Bereich der gegenüberliegenden achsnahen Zone 13a verdichtet. Jede Kolbenflanke 25 ist mit einer Kolbenmulde 24 versehen, welche das Verdichtungsverhältnis der Maschine bestimmt. Der Kolben 18 ist etwa in der Stellung gezeigt, in der die Zündung erfolgt, d. h., etwa 30° 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 Bohrungen 26a, 27a im Mantel 12 im Bereich der achsnahen Zone 13a angeordnet, die den Einlaß- und Auslaßkanälen 19, 21 gegenüberliegt. Die Bohrungen 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 heranbringen 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 18, angeordnet. Eine schematisch angedeutete Zündeinrichtung 10 ist mit ihrem einen Pol mit der Elektrode 31 der Zündkerze 27 und mit ihrem anderen Pol geerdet und damit mit dem Gehäuse der Brennkraftmaschine verbunden.

Wie in vergrößertem Maßstab in F i g. 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 27 in einem Winkel zur Längsmittelachse des Düsenhalters 26 kann die Elektrode 31 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 31 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 Bohrungen 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 Arbeilskammern beim Überstreichen der öffnung 28 durch eine Dichtleiste auf ein Mindestmaß reduziert wird.

Wie insbesondere aus F i g. 5 ersichtlich ist, ist die Düse 29 mit einer Vielzahl von kleinen Einspritzöffnungen 33 versehen, durch welche der Kraftstoff in Form von einzelnen Sprühstrahlen 34 (F i g. 2) ausgespritzt wird. Die Anzahl, die Form, die Größe und die Richtung der Einspritzöffnungen 33 kann von Maschine zu Mashine 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 radial liegt. In jedem Fall ist zumindest eine Einspritzöffnung 33a so angeordnet 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 voreilende 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.

Fig. 3, 4 und 5 zeigen eine ähnliche Anordnung der Einspritzdüse und der Zündkerze, wobei die Düse 29 von einem Ring 36 umgeben ist, auf welchen der Zündfunke von der Zündkerzenelektrode 31 überspringt. Der Ring 36 ist an einer Stelle geteilt und mil einem schmalen Spalt zwischen diesen Enden verseher und auf der Düse 29 so angebracht, daß der Spalt dei Elektrode 31 unmittelbar benachbart ist, so daß die Funkenstrecke zwischen den Ringenden und der Elektrode 31 gebildet wird. Die Einspritzöffnung 33a isi so angeordnet und ausgerichtet, daß ein Kraftstoffstrahl 34a durch den Spalt zwischen den Enden des Ringes 36 hindurchgespritzt wird und somit die Funkenstrecke passiert. Der Ring 36 kann auf die Düse 29 aufgepreßt sein, so daß er im Falle von Abbrand entfernt und ausgewechselt werden kann.

Obgleich jeder Kraftstoffstrahl aus jeder dei einzelnen Einspritzöffnungen 33 im wesentlichen eir kohärenter Strahl ist, ist er von einem Kraftstoffnebe umgeben, der sofort durch den Zündfunken entzündei wird. In jedem Fall ist die Hitze des Funken; ausreichend, um so viel Kraftstoff zu verdampfen, daC die Zündung eingeleitet wird.

In F i g. 6 ist eine Ausführung gezeigt, die brauchbai 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 der vorhergehenden Beispielen, können die Zündkerzer und Einspritzdüsen entweder vor, in oder nach der achsnahen Zone 13a angeordnet sein.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung eines Einspritzdüsen-Zündkerzen-Paares in der achsnahen Zone 13a während in F i g. 8 die Anordnung der Zündkerze 27 und der Einspritzdüse 26 in Kolbendrehrichtung nach dei achsnahen Zone 13a dargestellt ist.

Während in allen vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Einspritzdüse und die Zündkerze ir Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind, zeigi F i g. 9 eine Ausführung, bei der die Einspritzdüse 26 und Zündkerze 27 axial hintereinander angeordnet sind wobei die Einspritzöffnungen 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 13έ angeordnet, in deren Bereich die Verdichtung stattfindet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. 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 in je einer Bohrung vorgesehen sind, die miteinander und mit einer gemeinsamen öffnung in der inneren Mantelfläche in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (31) der Zündkerze (27) mit der Einspritzdüse (29) eine Funkenstrecke bildet, indem von einer Zündeinrichtung (10) ein Pol mit der Zündkerzenelektrode (31) und der andere 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 unterschiedlich gerichteten Einspritzöffnungen (33) aufweist, wovon eine Einspritzöffnung (33a,) so gerichtet ist, daß ein Spritzstrahl durch die Funkenstrecke zwischen der Zündkerzenelektrode (31) und der Einspritzdüse (29) verläuft.

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 (31) benachbarten Stelle geteilt ist, so daß eine Funkenstrecke zwischen der Elektrode (31) und den Enden des Ringes (36) gebildet wird, und daß eine Einspritzöffnung (33a^der Einspritzdüse (29) auf den Spalt zwischen den Enden des Ringes (36) gerichtet ist.

4. Rotalionskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die innere Mantelfläche mindestens zwei achsnahe Zonen aufweist und im Bereich einer dieser achsnahen Zonen die Verdichtung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (28) in der inneren Mantelfläche (13) in an sich bekannter Weise vor dieser achsnahen Zone (lSa^angeordnetist.

5. Rotationskolben-Viertakt- Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bohrungen (26a, 27a) in an sich bekannter Weise in Umfangsrichtung hintereinander unter einem Winkel zueinander liegen.

6. Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bohrungen (26a, 27a)\n axialer Richtung hintereinander und in an sich bekannter Weise unter einem Winkel zueinander liegen.

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 (F i g. 6).

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

ίο Zündkerze und eine Einspritzdüse in je einer Bohrung vorgesehen sind, die miteinander und mit einer gemeinsamen öffnung in der inneren Mantelfläche in Verbindung stehen.

Bei einer bekannten Maschine dieser Art (US-PS 32 46 636) 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 geringen Abstand von dem in die verdichtende Kammer eintretenden Spritzstrahl 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 und der Ablagerung von teilweise verbrannten Kraftstoffprodukten an den Elektroden.

Beträgt bei der bekannten Ausführung der Spritzwinkel nur etwa 30°. 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. Darüber hinaus muß auf Grund der benötigten Ausdehnung des Spritzstrahles vor Erreichen der öffnung in der inneren Mantelfläche diese öffnung verhältnismäßig groß sein, um einen ungehinderten Durchgang des Spritzstrahles zu ermöglichen. Die Kombination einer Aussparung

großen 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

(>^r> Arbeitskammer entweichen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der eine