DE2363863C3

DE2363863C3 - Gemischverdichtende Kreiskolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2363863C3
Application number: DE2363863A
Authority: DE
Inventors: Ryozo Toyota Aichi Ito
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1973-02-01
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1981-11-19
Also published as: DE2363863B2; JPS49100405A; JPS534569B2; GB1412934A; DE2363863A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine gemischverdichtende Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit Schlupfeingriff zwischen einem exzentrisch umlaufenden, sich drehenden dreikantigen Kolben, in dessen Flanken jeweils eine voreilende Kolbenmulde als Verbrennungskammer und eine nacheilende Kolbenmulde als Zündkammer vorgesehen ist, und dem von Seitenteilen begrenzten Mantel eines Gehäuses, das to eine Einlaßöffnung für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch und eine Auslaßöffnung sowie eine Zündvorrichtung aufweist, die — in Kolbendrehrichtung gesehen — unmittelbar vor der achsnahen Zone des Gehäusemantels zur Zündung des in der nacheilenden Kolbenmulde befindlichen reichen Brennstoff-Luft-Gemisches angeordnet ist.

Eine derartige Kreiskolben-Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 22 25 025 bekannt. Dort wird in der Kompressionsstellung des Kolbens in die nacheilende Kolbenmulde Brennstoff eingespritzt, wobei die Zündvorrichtung so abgestimmt ist, daß das in dieser Kolbenmulde befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet wird. Die Brenngase treten dann bei weiterer Drehung des Kolbens in die voreilende Kolbenmulde ^ ein. Durch das Einspritzen von Brennstoff in die das Brennstoff-Luft-Gemisch enthaltende nacheilende Kolbenmulde wird die Intensität der Durchmischling mit der Folge beeinträchtigt, daß noch unvollständig verbrannte Brennstoffe und Stickoxyde in die Auslaßöffnung ausgeschoben werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine eingangs erwähnter Art den Anteil von unvollständig verbrannten Brennstoffen und Stickoxyden möglichst klein zu halten.

Diese Aufgabe wird bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine eingangs genannter Art dadurch gelöst, daß im Gehäuse eine weitere Einlaßöffnung vorgesehen ist, durch welche ein fettes Brennstoff-Lu/t-Gemisch angesaugt wird, wobei die Einlaßöffnung für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch zuerst aufgesteuert und somit in die voreilende Kolbenmulde eingelagert wird und die Lage der Einlaßöffnung für das fette Brennstoff-Luft-Gemisch so gewählt ist, daß dieses in die nacheilende Kolbenmulde einfließen kann.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird der Anteil von unvollständig verbrannten Brennstoffen und Stickoxyden möglichst klein gehalten, so daß der thermische Wirkungsgrad verbessert und die auf die Abgase zurückzuführenden schädlichen Umwelteinflüsse vermindert werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Einlaßöffnung für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch im Gehäusemantel und die Einlaßöffnung für das fette Brennstoff-Luft-Gemisch in einem der beiden Seitenteile des Gehäuses angeordnet.

Zweckmäßig stehen die beiden Kolbenmulden durch eine Nut miteinander in Verbindung.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung noch etwas näher erläutert. In dieser zeigt in rein schemalischer Weise

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Brennkraftmaschine,

Fig. 2 eine Seitenansicht der gewölbten Fläche des dreikantigen Kolbens der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Brennkraftmaschine,

F i g. 3 ein Diagramm, welches den zeitlichen Verlauf des Öffnens und des Schließens der Einlaßöffnung für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch bzw. der Einlaßöffnung für das fette Brennstoff-Luft-Gemisch darstellt,

Fig.4a—4d Darstellungen der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Brennkraftmaschine in ihren vier Arbeitsstellungen,

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung einer etwas abgewandelten Ausführungsform des dreikantigen Kolbens der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Brennkraftmaschine,

Fig.6 eine Ansicht bzw. einen Schnitt einer etwas abgewandelten Ausführungsform der Anordnung der Einlaßöffnung für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch und der Einlaßöffnung für das fette Brennstoff-Luft-Gemisch.

Zum Verständnis der Erfindung wird insbesondere auf die Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 hingewiesen. Dabei ist eine Kammer vorgesehen, die von dem Gehäuse 2,4 umgeben wird. Dieses Gehäuse 2, 4 besitzt eine trochoidenförmige Innenfläche 1 und Seitenteile 4, welche flache Endflächen 3 bilden. In dieser Kammer ist ein dreikantiger Kolben 5 auf einer exzentrischen Welle 8 so angeordnet, daß er exzentrisch umläuft und im Schlupfeingriff mit der trochoidenförmigen Innenfläche 1 steht. In den Gipfelpunkten der drei Spitzen des Kolbens 5 sind drei Dichtungen 6,6a und 6b vorgesehen, welche mit der trochoidenförmigen Innenfläche 1 in gleitender Berührung stehen. Längs einer

jeden der drei Seiten des Kolbens 5 ist eine Seitendichtung 7 angeordnet.

in den Flanken 9 des Kolbens 5 ist jeweils eine voreilende Kolbenmulde 10 als Verbrennungskammer und eine nacheilende Kolbenmulde 11 als Zündkammer s vorgesehen. Das Gehäuse 2,4 weist eine Einlaßöffnung 13 für das magere Brennstoff-Luft Gemisch und eine weitere Einlaßöffnung 14 auf, durch welche ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch angesaugt wird. Mit der Bezugsziffer 12 ist die eine achsnahe Zone bezeichnet. i<> Die Einlaßöffnung 13 für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch ist über die Leitung 15 mit dem Vergaser 16 verbunden, der ein magereres Brennstoff-Luft-Gemisch als das theoretische Brennstoff-Luft-Gemisch liefert. Die Einlaßöffnung 14 für das fette Brennstoff-Luft-Gemisch steht über die Leitung 17 mit einem weiteren Vergaser 18 in Verbindung, der ein Brennstoff-Luft-Gemisch liefert, welches reicher, also fetter ist als das theoretische Brennstoff-Luft-Verhältnis. Die beiden Einlaßöffnungen 13 bzw. 14 werden in der Weise >o gesteuert, daß beim Vorbeigehen der Dichtung 6a an der achsnahen Zone 12 die Einlaßöffnung 13 für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch zunächst teilweise und anschließend daran vollständig freigegeben wird, wie dies in F i g. 3 mit einem durchgehenden Linienzug angedeutet ist. Da sich die exzentrische Welle 8 kontinuierlich dreht, vollführt der Kolben 5 entsprechende Bewegungen, so daß sich die Seitendichtung 7 an der Einlaßöffnung 14 für das fette Brennstoff-Luft-Gemisch vorbeibewegt. Auf diese Weise wird sie zunächst jo teilweise und anschließend daran vollständig freigegeben, wie dies in F i g. 3 der gestrichelte Linienzug andeutet. In ähnlicher Weise wird — nachdem beide Einlaßöffnungen 13, 14 vollständig freigegeben wurden — die Einlaßöffnung 13 für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch dadurch zuerst geschlossen, daß an ihr die Dichtung %b der zweiten Kante des Kolbens 5 vorbeigeht. Dann wird die Einlaßöffnung 14 für das fette Brennstoff-Luft-Gemisch von der Seitendichtung 7 auf der gleichen Seite des Kolbens 5 geschlossen. Die Auslaßöffnung 19 ist — in Drehrichtung des Kolbens 5 gesehen — vor der achsnahen Zone 12 des Gehäuses 2, 4 offen. Mit der Bezugsziffer 21 ist eine Zündvorrichtung bezeichnet, die — in Drehrichtung des Kolbens 5 gesehen — unmittelbar vor der achsnahen Zone 20 zur Zündung des in der nacheilenden Kolbenmulde 11 reichen Brennstoff-Luft-Gemisches angeordnet ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform arbeitet die Kreiskolben-Brennkraftmaschine in einer Weise, wie dies die F i g. 4a—4d im einzelnen zeigen. In der frühen Hälfte des Ansaugzyklus nach Fig.4a gibt der Kolben 5 die Einlaßöffnung 13 für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch völlig frei, so daß der Vergaser 16 lediglich ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch in den Verbrennungsraum einführt. Das magere Brennstoff-Luft-Gemisch tritt nun in die voreilende Kolbenmulde 10 sowie in den benachbarten Raum ein, wobei ein kleiner Teil dieses Brennstoff-Luft-Gemisches den Weg in die nacheilende Kolbenmulde 11 nimmt, welche mit der Auslaßöffnung 19 in Verbindung steht. Der Kolben 5, welcher sich im Bereich der zweiten Hälfte des Einlaßzyklus nach F i g. 4b bewegt, beginnt mit dem Schließen der Einlaßöffnung 13 für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch. Hierdurch nimmt der Nachschub an Brennstoff-Luf-Gemisch ab. Dafür wird aber die Einlaßöffnung 14 für das fette Brennstoff-Luft-Gemisch voll freigegeben, so daß ein von dem Vergaser 18 erzeugtes fettes Brennstoff-Luft-Gemisch eingesteuert werden kann. Da die voreilende Kolbenmulde 10 mit magerem Brennstoff-Luft-Gemisch aufgefüllt ist und die Kolbenmulde 10 — in Drehrichtung des Kolbens 5 gesehen — vor der Kolbenmulde 11 liegt, sammelt sich das fette Brennstoff-Luft-Gemisch in der nacheilenden Kolbenmulde 11 und in deren unmittelbarer Umgebung an. Da sich das magere Brennstoff-Luft-Gemisch in nahezu allen Räumen einschließlich der Kolbenmulde 10 befindet, während sich das fette Brennstoff-Luft-Gemisch lediglich in der nacheilenden Kolbenmulde 11 sowie in deren unmittelbarer Umgebung ansammelt, verdichtet der Kolben 5 während seiner exzentrischen Drehbewegung das Brennstoff-Luft-Gemisch in dem nachfolgenden Kompressionszyklus. Wenn die nacheilende Kolbenmulde 11 sich so weit gedreht hat, daß 'ie der Zündvorrichtung 21 gegenüberliegt, wird letztere in Tätigkeit gesetzt und zündet damit das fette Brennstoff-Luft-Gemisch, wobei auf diese Weise der Krafthub eingeleitet wird. Wie die Fig.4d zeigt, bewirkt die weitere exzentrische Drehbewegung des Kolbens 5 ein Ausstoßen des brennenden, fetten Brennstoff-Luft-Gemisches bei sehr hoher Drehgeschwindigkeit des Kolbens 5, d. h. in Richtung der voreilenden Kolbenmulde 10. Hierdurch wird das magere Brennstoff-Luft-Gemisch außerordentlich wirksam verbrannt. Die Abgase werden von dem Kolben 5 über die Auslaßöffnung 19 aus der Brennkammer nach außen geschoben.

Zwischen den in den gewölbten Flanken 9 des Kolbens 5 (F i g. 5) liegenden Kolbenmulden 10,11 kann eine Nut 22 vorgesehen werden, über welche die beiden Kolbenmulden 10, 11 in Verbindung stehen. Diese Nut 22 erleichtert eine schnelle Verbreitung der Flammenfront und trägt somit zu einer wirksamen Verbrennung bei. Es ist auch möglich, beide Einlaßöffnungen 13,14 in einem der beiden Seitenteile 4 des Gehäuses 2, 4 anzuordnen, wie dies die Fig.6 der Zeichnung zeigt. Man kann aber auch die Einlaßöffnung 13 in dem einen Seitenteil 4 und die Einlaßöffnung 14 im Gehäusemantel 2 des Gehäuses 2, 4 anordnen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, beide Einlaßöffnungen 13,14 im Gehäusemantel 2 des Gehäuses 2,4 vorzusehen.

Die Kreiskolben-Brennkraftmaschine stellt sicher, daß ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch zuerst verbrannt wird. Hierdurch wird die Zündfähigkeit verbessert und gleichzeitig der Anfall von Stickoxyden herabgesetzt. Auf diese Weise können raumaufwendige und kostenintensive Abgas-Reinigungsgeräte entfallen.

Die Unteransprüche 2 und 3 sind lediglich als echte Unteransprüche zu behandeln.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gemischverdichtende Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit Schlupfeingriff zwischen einem exzentrisch umlaufenden, sich drehenden dreikantigen Kolben, in dessen Flanken jeweils eine voreilende Kolbenmulde als Verbrennungskammer und eine nacheilende Kolbenmulde als Zündkammer vorgesehen ist, und dem von Seitenteilen begrenzten Mantel eines Gehäuses, das eine Einlaßöffnung für das magere Brennstoff-Luftgemisch und eine Auslaßöffnung sowie eine Zündvorrichtung aufweist, die — in Kolbendrehrichtung gesehen — unmittelbar vor der achsnahen Zone des Gehäusemantels zur Zündung des in der nacheilenden Kolbenmulde befindlichen reichen Brennstoff-Luft-Gemisches angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2, 4) eine weitere Einlaßöffnung (14) vorgesehen ist, durch welche ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch angesaugt wird, wobei die Einlaßöffnung (13) für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch zuerst aufgesteuert und somit in die voreilend» Kolbenmulde (10) eingelagert wird und die Lage der Einlaßöffnung (14) für das fette Brennstoff-Luft-Gemisch so gewählt ist, daß dieses in die nacheilende Kolbenmulde (11) einfließen kann.

2. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (13) für das magere Brennstoff-Luft-Gemisch im Gehäusemantel (2) und die Einlaßöffnung (14) für das fette Brennstoff-Luft-Gemisch in einem der beiden Seitenteile (4) des Gehäuses (2,4) angeordnet ist.

3. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbenmu'den (10, 11) durch eine Nut (22) miteinander in Verbindung stehen.

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