DE2363491C3 - Rotationskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem mehreckigen Kolben innerhalb eines einen Arbeitsraum umschließenden Gehäusemantels, in dessen zündseitigem, achsnahem Bereich eine Vorkammer angeordnet ist, die eine Zündkerze sowie eine Brennstoff-Einspritzdüse aufweist und mit dem Arbeitsraum verbunden ist mittels einer durch ein Ventil verschließbaren Überströmeinlaßöffnung im kalten Bogen und einer Überströmauslaßöffnung im warmen Bogen mit einem in Kolbendrehrichtung schrägen Überströmauslaßkanal.

Eine derartige Rotationskolben-Brennkraftmaschine ist aus der DT-OS 18 07 755 bekannt.

Bei derartigen Brennkraftmaschinen wird eine günstige Gemischbildung beim Einspritzen des Brennstoffes dadurch erreicht, daß bei energetischer Gemischaufbereitung die Luft oder beim Schichtladungsbetrieb das angesaugte magere Brennstoff-Luft-Gemisch beim Verdichtungsvorgang in starke Turbulenz versetzt wird. Dabei ist zur Verhinderung des Rückströmens des Vorkammerinhaltes in dem Zuleitungskanal zur Vorkammer ein Rückschlagventil vorgesehen. Da auf dieses Rückschlagventil jedoch erst nach dem durch die Zündung in der Vorkammer eingeleiieten Druckanstieg eine in Schließrichtung wirkende Kraft ausgeübt wird und die Schließbewegung eine gewisse Zeit erfordert, ist es unvermeidbar, daß der Verbrennungsdruck in den Wirkungsgrad herabsetzender Weise auch auf den in Drehrichtung nacheilenden Teil der Kolbenflanke des Kolbens wirkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die nachteilige Einwirkung des Verbrennungsdruckes nach ίο erfolgter Zündung auf den in Drehrichtung nacheilenden Teil der Kolbenflanke des Kolbens auszuschließen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß das Ventil ein Steuerventil ist und in der Weise

arbeitet, daß die Überströmeinlaßöffnung während der

Verdichtungsphase geöffnet und kurz vor Erreichen der

maximalen Verdichtung geschlossen wird.

Dadurch wird der nach der Zündung auftretende Verbrennungsdruck vollständig auf den voreilenden Bereich der Koibenflanke geleitet und dadurch ein optimaler Motorwirkungsgrad erzielt.

Die Betätigung des Steuerventils erfolgt in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens. Ein wichtiges ausgestaltendes Merkmal der Erfindung besteht daher darin, daß das Steuerventil ab Tellerventil mit einem Steuerkolben verbunden ist, der innerhalb eines Steue;Zylinders einerseits von einem in Steuerventilschließrichtung wirkenden Federelement und andererseits von einem in Steuerventilöffnungsrichtung wirkenden Verdichtungsdruck beaufschlagt ist, der über eine Leitung wirksam ist, die in die Verdichtungskammer des Arbeitsraumes in einen Bereich mündet, in dem sich eine Kolbenecke befindet, wenn der Kolben die Zündtotpunktstellung erreicht hat.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Betätigung des Steuerventils auf mechanische Art und Weise, indem das Steuerventil über eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Nockenwelle gesteuert wird.

Vorteilhaft ist das Steuervenlii als Drehschieber ausgebildet.

Mit einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung wird sowohl eine gute Ladungsschichtung bei entsprechendem Betrieb als auch eine energetische Gemischaufbereitung unter günstigsten Bedingungen erzielt. Der sich daraus ergebende ebenso günstige Verbrennungsablauf gestattet es, ein einfaches Zündsystem zu verwenden, beispielsweise die Anwendung eines Verteilers, einer gebräuchlichen Zündkerze und Spulenzündung. Diese Vorteile sind im einzelnen auf die gute Zündfähigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Nähe der Zündkerze und darauf zurückzuführen, daß in der Zündtotpunktstellung des Kolbens der Inhalt der Verdichtungskammer auf den nacheilenden Bereich der Kolbenflanke nicht mit in den Verbrennungsvorgang einbezogen wird, die Verbrennung also auf den voreilenden Bereich der Kolbenflanke beschränkt ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem Schnitt durch die Vorkammer und ein durch Druck betätigtes Steuerventil und

Fig.2 einen Schnitt durch die Vorkammer und ein mechanisch durch eine Nockenwelle betätigtes Steuerventil.

Die Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Fig. 1 und 2 besteht aus dem Mantel 1, dem Kolben 2,

dessen Ecken 4, 5 und 6 an einer trochoidenförmigen Laufbahn 7 entlanggleiten und der Vorkammer 8 mit der Zündkerze 9, der Ventilanordnung 10 und der Brennstoff-Einspritzdüse 11. Im Mantel 1 sind der Einlaßkanal 15 und der Auslaßkaral 16 für das Arbeitsmedium vorgesehen. Zwischen den drei Kolbenflanken 20, 21 und 22 und dem Mantel 1 werden drei Räume gebildet, und zwar die Ansaugkammer 23. die Verdichtungskammer 24 und die Expansionskar.imer 25. Die Vorkammer 8 besitzt zwei Öffnungen in die Verdichtungskammer 24, von denen die Überströmeinlaßöffnung 30 in Drehrichtung des Kolbens 2 gesehen vor der Überströmauslaßöilnung 31. dem sogenannten Schußkanal, liegt. Die Übersirömeinlaßöffnung 30 wird durch ein Steuerventil 32 verschlossen, und der Schußkanal 31 verläuft schräg zu der kurzen Achse 33 der Trochoide in Drehrichtung des Kolbens 2. Die Öffnungen 30 und 31 liegen in unmittelbarer Nähe der kurzen Achse 33, und zwar zu beiden leiten derselben. In der Ausführungsform nach Fig. I wird die Ventilanordnung 10 durch den in der Verdichtungskammer 24 auftretenden Druck gesteuert. Zu diesem Zweck ist die Verdichtungskammer 24 über eine Leitung 37 mit dem Steuerzylinder 24 der \ entilanordnung 10 verbunden. Die Leitung 37 mündet in die Verdichtungskammer 24 in einen Bereich, in dem sich die Kolbenecke befindet. wenn der Kolben 2 die Zündtotpunktstellung erreich: hat. In dem Steuerzylinder 34 befindet sich ein Steuerkolben 35, der mit dem Schaft des Steuerventils 32 verbunden ist und unter der Wirkung einer Schraubenfeder 36 steht. Wenn der Druck in der Verdichtungskammer 24 einen bestimmten Wert erreicht hat, überwindet der Steuerkolben 35 die Kraft der Feder 36, öffnet das Steuerventil 32 die Überströmeinlaßöffnung 30, und das in der Verdichtungskammer 24 befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch oder die Luft tritt zur Zwangsspülung der Vorkammer 8 durch die Überströmeinlaßöffnung 30 ein und aus der Überstrom auslaßöffnung 31 aus.

An die Stelle der Drucksteuerung des Ventils 32 tritt bei der Ausführungsform nach F i g. 2 eine mechanische Steuerung durch eine Nockenwelle 40 und Kipphebel 41. die auf das unter Wirkung der Schraubenfeder 42 stehende Ventil 32 einwirken.

In der in F i g. 1 gezeichneten Stellung des Kolbens 2, der rechtsher jm dreht, ist das angesaugte Gemisch bzw, die angesaugte Luft in der in Drehrichtung gesehen vor der Dichtleiste der Kolbenecke 4 liegenden Verdichtungskammer 24 vorverdichtet. Der Verdichtungsdruck gelangt über die Leitung 37 in den Steuerzylinder 34 und wirkt auf den mit dem Steuerventil 3? verbundenen Steuerkolben 35, wobei der Verdichtungsdruck bereits so hoch ist, daß das Steuerventil 32 zur Vorkammer 8 öffnet. In dem Augenblick, in dem die Ecke 4 des Kolbens 2 die Anschlußstelle 38 der Verbindungsleitung 37 zum Steuerzylinder 34 überfährt, fällt der Druck im Steuerzylinder 34 schlagartig ab. wodurch das Steuerventil 32 unter der Wirkung der Feder 36 schließt. Daraufhin wird das verdichtete Gemisch in der Vorkammer 8 gezündet. Die hohe Strömungsgeschwindigkeit im Überströmeinlaßkanal 30 gewährleistet eine gute Gemischaufbereitung des hier eingebrachten Brennstoffes. Durch den Zünddruck wird der Schließ-

druck weiterhin erhöht. Die in der Vorkammer 8 eingeleitete Verbrennung führt zu einer starken Drucksteigerung mit Expansion der Gase durch den Schußkanal 31 in den Hauptbrennraum zwischen Kolben 2 und Mantel 1. In Augenblick der Zündung, nachdem das Steuerventil 32 geschlossen hat, befindet sich ein Anteil von etwa 25 bis 50% des verdichteten Gemisches bzw. der Luft in der Vorkammer 8. Der Restanteil, der sich zwischen Kolben 2 und Mantel 1 befindet. wird bei der Drehung des Kolbens 2 am Schußkanal 31 unter Verbrennung unter Luftüberschuß vorbeigeführt.

Wird bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mil Schichtladung gearbeitet, dann wird über den Einlaßkanal 15 mageres Gemisch (/. = 1,4/2.0) angesaugt, das mittels Vergaser oder Einspritzung aufbereitet worden ist. Nach Abiauf von etwa -i> des Kompressionshubes öffnet sich das Steuerventil 32. wobei eiwa 25 bis 30% des Verdichlungskammerinhalts unter guter Durchmischiirv in die Vorkammer 8 übergeschoben wird. Unter Ausnutzung der n;er auftretenden hohen Stromungsgeschwindigkeit wird in der Vorkammer weiterer Brennstoff zugeführt und das magere Gemisch zu einem reichen zundfähigen Gemach (λ = 0.8/1.0) durch gute Verwirbelung aufbereitet. Nach Einleitung der Zündung erfolgt kurz nach dem oberen Totpunkt der Druckanstieg in der Vorkammer 8. Zuvor hat die Druckfreigabe der Leitung 37 durch die nachlaufende Kante des Kolbens 2 bzw. der mechanische Nockenantrieb 40 bereits die Schließung des Steuerventils 32 bewirkt. Durch den Druckanstieg werden die Brenngase mit hoher Energie und unter starker Verwirbelung in den Hauptbrennraum ausgeschoben und entzünden, einer Fackel gleich, das schwer brennbare, mapere Restgemisch im Hauptbrennraum, was eine abgassaubere Endverbrennung ergibt.

Ebenso gut können die Motoren nach F ι g. 1 und 2 mit energetischer Gemtschaufbereiiung betneben werden. In diesem Fall wird an Stelle des Gemisches Luft angesaugt und in die Vorkammer 8 gepreßt. Unter Ausnutzung der guten Verwirbelung und hohen Überttittsgeschwindigkeit wird der nun eingespritzte Brennstoff teils mit der Luft zu einem zündfähigen Gemisch in Nähe der Zündkerze 9 aufbereitet und die Hauptmenge des Strahles als Film dem Schußkanai 31 vorgelagert. Nach Einleitung der Zündung bewirkt die Vorverbrennung in der Vorkammer 8 einen hohen Druckanstieg und somit hohe Austrittsgeschwindigkeiten und Verwirbelung der teilverbrannten Gase und ferner das Mitreißen und Aufbereiten des dem Schußkanal 31 vorgelagerten Kraftstoffes. Hiermit erfolgt im Hauptbrennraum durch die energetische Gemischaufbereitung eine sehr gute Anlagerung der Restluft an die teilverbrannten Gase und Kraftstoffteilchen, wodurch eine abgassaubere Endverbrennung unter Luftüberschuß erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine hat den Vorteil, daß die schädlichen Abgase reduziert und der spezifische Brennstoffverbrauch gesenkt wird. Weiterhin tritt im Vergleich zu den bekannten Motoren eine Vereinfachung des Zündsystems und eine bessere und geräuscharmere Verbrennung ein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem mehreckigen Kolben innerhalb eines einen Arbeitsraum umschließenden Gehäusemantels, in dessen zündseitigem, achsnahem Bereich eine Vorkammer angeordnet ist, die eine Zündkerze sowie eine Brennstoff-Einspritzdüse aufweist und mit dem Arbeitsraum verbunden ist mittels einer durch ein Ventil verschließbaren Überströmeinlaßöffnung im kalten Bogen und einer Überströmauslaßöffnung im warmen Bogen mit einem in Kolbendrehrichtung schrägen Überströmauslaßkanal, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Steuerventil (32) ist und in der Weise arbeitet, daß die Überströmeinlaßöffnung (30) während der Verdichtungsphase geöffnet und kurz vor Erreichen der maximalen Verdichtung geschlossen wird.
2. 2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (32) als Tellerventil mit einem Steuerkolben (35) verbunden ist, der innerhalb eines Steuerzylinders (34) einerseits von einem in Steuerventilschließrichtung wirkenden Federelement (36) und andererseits von einem in Steuerventilöffnungsrichtung wirkenden Verdichtungsdruck beaufschlagt ist. der über eine Leitung (37) wirksam ist. die in die Verdichtungskammer (24) des Arbeitsraumes in einen Bereich mündet, in dem si^h eine Kolbenecke (4) befindet, wenn der Kolben (2) die Zündtotpunktstellung erreicht hat ( F i g. 1).
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3. 3. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (32) über eine von der Biennkraftmaschine angetriebene Nockenwelle (40) gesteuert ist (Fig. 2).
4. 4. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (32) ein Drehschieber ist.