DE2414591B2

DE2414591B2 - Kreiskolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2414591B2
Application number: DE2414591A
Authority: DE
Inventors: Koreo Iwasa; Kyuji Kishimoto; Hiroshi Takeuchi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1974-03-26
Publication date: 1978-06-22
Also published as: DE2414591C3; US3915126A; GB1403877A; DE2414591A1; JPS5210485B2; JPS49120007A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem exzentrisch umlaufenden, sich drehenden dreieckigen Kolben und dem von Seitenteilen begrenzten Mantel eines Gehäuses, das zwei Einlaßöffnungen aufweist, wobei während der Ansaugphase durch die mit einem Hilfseinlaßkanal verbundene Hilfseinlaßöffnung ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch und durch die mit einem Haupteinlaßkanal verbundene Haupteinlaßöffnung ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch eingeführt wird und die Einlaßöffnungen derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sich im nacheilenden Endbereich der Ansaugkammer ausschließlich ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch befindet mit einer Zündeinrichtung.

Bei einer solchen in der DE-AS 24 01 989 (interner Stand der Technik) vorgeschlagenen Kreiskolben-Brennkraftmaschine wird eine Schichtung des Brennstoffs derart angestrebt, daß ein Teil des fetten Brennstoff-Luft-Gemisches im Bereich der Zündeinrichtung angesammelt wird. Dabei besteht jedoch das Problem, das fette Brennstoff-Luft-Gemisch in einer ausreichenden Menge möglichst unmittelbar am Ende des Ansaugtaktes anzusaugen, damit es sich vor der Zündung nicht mit dem mageren Brennstoff-Luft-Gemisch im nacheilenden Endbereich der Ansaugkammer vermischen kann, andererseits aber durch den bereits beginnenden Kompressionstakt nicht wieder durch den Hilfseinlaßkanal hindurch teilweise ausgetrieben wird.

Aus der US-PS 37 80 707 ist eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Zufuhr des Brennstoff-Luft-Gemisches zur Ansaugkammer während der Ansaugphase so erfolgt, daß in der Ansaugkammer eine Brennstoffschichtung eintritt, bei der, in Drehrichtung des Kolbens gesehen, im voreilenden Bereich der Ansaugkammer ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch und im nacheilenden Bereich ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch plaziert ist Bei einer derartigen Schichtung des Gemisches in der Ansaugkammer können sowohl Zündprobleme als auch eine unvollständige Verbrennung des Brennstoffgemisches eintreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Kreiskolben-Brennkraftmaschine so weiterzubilden, daß die Gefahr eines Zurückströmens des Brennstoff-Luft-Gemisches aus der Ansaugkammer heraus durch den Hilfseinlaßkanal hindurch beseitigt ist

Bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in dem Hilfseinlaßkanal eine Absperreinrichtung angeordnet ist und daß die Hilfseinlaßöffnung in dem Gehäuse derart vorgesehen ist, daß sie am Ende des Ansaugtaktes und am Anfang des Kompressionstaktes mit der Arbeitskammer verbunden ist und durch sie das fette Brennstoff-Luft-Gemisch in den voreilenden Teil der Arbeitskammer geleitet wird.

Es wird ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch im Bereich des voreilenden Arbeitskammerbereiches pla-' ziert, was dadurch erzielt wird, daß in dem Gehäuse eine zusätzliche, mit dem Hilfseinlaßkanal verbundene Einlaßöffnung angeordnet ist, die an der Stelle in die Arbeitskammer mündet, an der diese den letzten Teil des Ansaugtaktes und den ersten Teil des Kompressionstaktes ausführt Das in dem Hilfseinlaßkanal als Absperreinrichtung angeordnete Rückschlagventil verhindert eine Rückströmung des Arbeitsmediums durch den Hilfseinlaßkanal. Die Möglichkeit einer Gemischverdünnung oder eines Verlustes von fettem Brennstoff-Luft-Gemisch in der den Kompressionstakt ausführenden Ansaugkammer wird klein gehalten, da das fette Brennstoff-Luft-Gemisch nur während des letzten Teils des Ansaugtaktes angesaugt wird.

Es ergibt sich daher eine stabile Zündung und ein befriedigender Betrieb mit einem insgesamt mageren Brennstoff-Luft-Gemisch. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Gehalt von unverbrannten Gasen erheblich verringert wird und daß der thermische Wirkungsgrad der Kreiskolben-Brennkraftmaschine verbessert wird.

Weitere, die besondere Ausbildung der Kreiskolben-Brennkraftmaschine betreffende Ausgestaltungen der

Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert Darin zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine,

F i g. 2 eine Ansicht ähnlich der F i g. 1 eines weiteren Ausführungsbeispiels,

F i g. 3 bis 8 schematische Darstellungen ähnlich der Fig. 1, wobei verschiedene Stellungen des Kolbens gezeigt sind,

F i g. 9 ein Querschnitt ähnlich dem in F i g. 1 für ein weiteres Ausführungsbeispiel,

F i g. 10 ein Querschnitt ähnlich dem in F i g. 9 für eine weitere Abwandlung und

Fig. 11 bis 16 ähnliche schematische Darstellungen gemäß den Fig.3 bis 8, in welchen für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 verschiedene Stellungen des Kolbens gezeigt sind.

In der F i g. 1 ist der Mantel 1 eines Gehäuses einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine dargestelU, dessen Innenfläche 3 die Form einer zweiflügeligen Epitrochoide aufweist Der Gehäusemantel 1 verbindet axial im Abstand zueinander angeordnete Seitenteile, von denen ein Seitenteil 5 dargestellt ist, so daß ein Hohlraum gebildet wird, durch den hindurch sich eine Welle 7 erstreckt, an der ein Exzenter 9 befestigt ist. Auf dem Exzenter 9 ist ein Kolben 11 drehbar gelagert, der drei Ecken aufweist die jeweils eine radial bewegliche Dichtleiste 13 tragen, die dichtend an der Innenfläche 3 des Gehäusemantels 1 anliegen, um drei Arbeitskammern A, B und C veränderlichen Volumens zu bilden. Die Drehrichtung des Kolbens 11 ist durch den Pfeil D angegeben. Die Stirnwände des Kolbens 1 sind mit axial beweglichen Dichtstreifen 15 versehen, die sich zwischen angrenzenden Dichtleisten 13 erstrecken. Ein axial beweglicher Dichtbolzen 17 ist zwischen jedem Ende der Dichtleisten 13 und den angrenzenden Enden der Dichtstreifen 15 angeordnet, um eine dichtende Verbindung zwischen diesen Teilen zu bilden. Das Drehzahlverhältnis zwischen dem Kolben und der Welle beträgt 1:3, d. h. bei jeder vollständigen Umdrehung des Kolbens 11 um seine Achse führt die Welle 7 drei vollständige Umdrehungen um ihre Achse aus.

Durch den Gehäusemantel 1 führt ein Haupteinlaßkanal 19 und ein Auslaßkanal 21, und es sind zwei Zündkerzen 23 und 25 vorgesehen, so daß ein Viertaktzyklus während jeder vollständigen Umdrehung des Kolbens 11 in jeder Arbeitskammer abläuft. Der Haupteinlaßkanal 19 mündet in eine sogenannte Haupteinlaßöffnung 27, die in der Innenfläche 3 angeordnet ist und von den Ecken des Kolbens 11 übersteuert wird. Es kann ebenso eine Haupteinlaßöffnung 29 (Fig.2) in einem Seitenteil 5 des Gehäuses angeordnet sein.

Bei dem in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Haupteinlaßkanal 19 an einem mager eingestellten Vergaser 31 angeschlossen, der in herkömmlicher Weise mit einem Venturirohr 33, einer Einspritzdüse 35 und einer Drosselklappe 37 ausgestattet ist. Der Brennstoff wird durch die Einspritzdüse 35 zugeführt Der Haupteinlaßkanal 19 kann an einem nicht dargestellten Luftfilter angeschlossen sein. Ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch wird durch den Haupteinlaßkanal 19 angesaugt, wobei die Menge durch die Einstellung der Drosselklappe 37 reguliert wird. Ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch wird durch einen Hilfseinlaßkanal 20 angesaugt, der an einen fett eingestellten Vergaser 41 angeschlossen ist der ein Venturirohr 43, eine Einspritzdüse 45 und eine Drosselklappe 47 hat Die Menge des fetten Gemisches wird durch die Einstellung der Drosselklappe 47 geregelt Die Drosselklappen 37 und 47 werden durch ein nicht dargestelltes Gaspedal betätigt Der Hilfseinlaßkanal 20 mündet in eine Hilfseinlaßöffnung 49, die an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß sie von dem Kolben 11 während des Endes des Ansaugtaktes und des

ίο Anfanges des Kompressionstaktes einer Arbeitskammer geschlossen oder geöffnet wird. Als Absperreinrichtung 51 ist ein Rückschlagventil, z. B. ein Fedcrklappenventil 51 in dem Hilfseinlaßkanal 20 angeordnet so daß die Rückströmung von Brennstoff-Luft-Gemisch während des beginnenden Kompressionstaktes vermieden wird. Der Hilfseinlaßkanal 20 ist derart konstruiert und angeordnet, daß er das relativ fette Brennstoff-Luit-Gemisch in Richtung des Pfeils R zur voreilenden Kolbenecke hin in die Arbeitskammer leitet Das im Hilfseinlaßkanal 20 angeordnete Federklappenventil 51 öffnet unter dem Einfluß des Unterdrucks in der Ansaugkammer während des letzten Teils des Ansaugtaktes und schließt durch den Überdruck in der Kompressionskammer während des ersten Teils des Kompressionstaktes, so daß eine rückläufige Strömung des Arbeitsmediums durch den Hilfseinlaßkanal 20 hindurch infolge des Federklappenventils 51 verhindert wird. Der Hilfseinlaßkanal 20 mündet in die Hilfseinlaßöffnung 49, die in der inneren Fläche des Seitenteils 5 angeordnet ist. Der Hilfseinlaßkanal kann auch durch den Gehäusemantel 1 gehen und in eine Einlaßöffnung münden, die in der Innenfläche des Gehäusemantels 1 angeordnet ist, v/ie dieses in den Fig.9 und 10 dargestellt ist. Das in der F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Hilfseinlaßkanals 20 und der Hilfseinlaßöffnung 49. Jedoch mündet die Haupteinlaßöffnung in der Stirnwand des Seiten'eils 5 und ist mit dem Bezugszeichen 29 bezeichnet, wie dieses F i g. 2 der Zeichnung zu entnehmen ist.

Bei dem in der F i g. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Hilfseinlaßkanal 20' in dem Gehäusemantel 1 angeordnet und mündet in eine Hilfseinlaßöffnung 49', die sich in der Innenfläche 3 des Gehäusemantels 1 befindet. Selbstverständlich entspricht die Lage der Hilfseinlaßöffnung 49' relativ zur Drehstellung des Kolbens 11 im wesentlichen den in den F i g. 1 oder 2 dargestellten Lagen. Vorzugsweise ist die Hilfseinlaßöffnung 49' im Bereich der nicht dargestellten langen Achse des Gehäusemantels angeordnet. Die Hilfseinlaßöffnung 49' ist bevorzugt in einem kleinen Abstand zur langen Achse in dem Bereich anzuordnen, in dem die Zündkerzen liegen, wobei die öffnung während des Anfangs des Kompressionstaktes von dem Kolben 11 überdeckt wird, so daß ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch unmittelbar in den voreilenden Bereich der Arbeitskammer eingeleitet wird.

Das in der Fig. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht hinsichtlich des Hilfseinlaßkanals 20' und der Hilfseinlaßöffnung 49' dem in Fig.9 dargestellten Ausführungsbeispiel. Jedoch ist die Haupteinlaßöffnung in der Stirnwand des Seitenteils 5 angeordnet und mit 29 bezeichnet.

Bedachtet man nun die Fig.3 bis 8, so ist in der F i g. 3 die Stellung des Kolbens 11 dargestellt, die dem Anfang des Ansaugtaktes für die Ansaugkammer A entspricht. In der Fig.3 ist die Haupteinlaßöffnung 27 gegenüber der Ansaugkammer A geöffnet, und ein

mageres Brennstoff-Luft-Gemisch wird während des Ansaugtakts der Brennkraftmaschine angesaugt. Die Fig.4 zeigt die Stellung des Kolbens 11, bei der der Kolben im Begriff ist, die Hilfseinlaßöifnung 49 freizugeben, und die Ansaugkammer A befindet sich in der letzten Phase des Ansaugtaktes. In dieser Stellung erreicht das Volumen der Ansaugkammer A sein Maximum. Während einer Weiterdrehung des Kolbens 11 im Uhrzeigersinn in bezug auf die F i g. 3 bis 8 aus der Stellung, die der Kolben 11 in F i g. 4 einnimmt, bis zur Stellung, die der Kolben in Fig.6 einnimmt, ist die Hilfseinlaßöffnung 49 gegenüber der Ansaugkammer A geöffnet, die eine dem letzten Abschnitt des Ansaugtaktes entsprechende Lage einnimmt. Ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch wird über das Federklappenventil 51 (siehe Fig. 1) in die Ansaugkammer A gesaugt, da dieses Federklappenventil während des Ansaugtaktes der Ansaugkammer A geöffnet ist. Ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch befindet sich in dem Bereich der voreilenden Ansaugkammer, da es zur vorderen Kolbenecke hin geleitet wird, wenn es durch die Hilfseinlaßöffnung 49 eintritt (siehe Fig. 1). Während einer Weiterdrehung des Kolbens 11 aus der in Fig.6 dargestellten Stellung in die in F i g. 7 dargestellte Stellung wird die Hilfseinlaßöffnung 49 von dem Kolben 11 noch nicht verdeckt und ist gegenüber der Arbeitskammer A geöffnet, die eine dem Anfangsteil des Kompressionstaktes entsprechende Stellung einnimmt Während dieses Taktes ist das Fedeirklappenventil 51 infolge des in der Ansaugkainmer A herrschenden Druckes verschlossen, so daß ein Eintreten des Arbeitsmediums in den Hilf sei. nlaßkanal 20 verhindert wird. Während des Betriebes ist der Druck zu Anfang des Kompressionstaktes in der Kompressionskammer relativ niedrig und beträgt annähernd 5 kg/cm². Ein Federklappenventil relativ einfacher Konstruktion genügt daher den Anforderungen. Durch das Federklappenventil 51 ist die ICompressionskammer gegenüber dem Vergaser 41 abgedichtet, obwohl die Hilfseinlaßöffnung 49 nicht verschlossen ist. Das fette Brennstoff-Luft-Gemisch, das in der Nähe der voreilenden Kolbenecke während des Ansaugfaktes der Ansaugkammer A plaziert ist, nimmt etwa den gleichen Bereich gegenüber dem Gehäuse während des letzten Teils des Kompressionstaktes ein, welcher durch die Stellung des Kolbens 11 gemäß F i g. 8 gekennzeichnet ist. Die Zündung erfolgt in einem Bereich, in welchem sich ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch befindet. Es wird deshalb bevorzugt, daß sich die vordere Zündkerze 25 an einer Stelle, in bezug auf die Drehrichtung des Kolbens 11 gesehen, befindet, die hinter der nicht dargestellten kurzen Achse des

ίο Gehäusemantels liegt (F i g. 8). Um eine Verbrennung in dem nacheilenden Arbeitskammerbereich sicherzustellen, indem sich ein relativ mageres Brennstoff-Luft-Gemisch befindet, ist eine hintere Zündkerze 23 vorgesehen, die vor der kurzen Achse des Gehäusemantels 5 angeordnet sein kann und einen zeitlich verzögerten Zündfunken abgibt. Obwohl sich die Beschreibung auf das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht, gilt sie auch für das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel, da durch die in der Stirnwand des Seitenteils 5 angeordnete Haupteinlaßöffnung 29 die gleichen Ergebnisse erzielt werden, wie bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.

Anhand der F i g. 11 bis 16 soll nun der Betrieb der in der Fig. 10 dargestellten Brennkraftmaschine kurz beschrieben werden. Es ist zu erkennen, daß das Federklappenventil 51 während des letzten Teils des Ansaugtaktes der Ansaugkammer A, während der Bewegung des Kolbens 11 aus der in Fig. 12 dargestellten Lage in die Lage gemäß F i g. 14, geöffnet ist und ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch durch den Hilfseinlaßkanal 20' in die Ansaugkammer A gesaugt wird. Das Gemisch wird zum voreilenden Kammerbereich geleitet, da der Hilfseinlaßkanal 20' mittels der Hilfseinlaßöffnung 49' in bezug auf die Drehrichtung des Kolbens 11 nach vorn öffnet. Es ist auch zu erkennen, daß das Federklappenventil 51 während des Anfangs des Kompressionstaktes der Arbeitskammer geschlossen ist, nämlich während der Bewegung des Kolbens 11 aus der in F i g. 14 dargestellten Lage in die Lage gemäß Fig. 15.

Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich ebenso auf die in F i g. 9 dargestellte Brennkraftmaschine.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem exzentrisch umlaufenden, sich drehenden dreieckigen Kolben und dem von Seitenteilen begrenzten Mantel eines Gehäuses, das zwei Einlaßöffnungen aufweist, wobei während der Ansaugphase durch die mit einem Hilfseinlaßkanal verbundene Hilfseinlaßöffnung ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch und durch die mit einem Haupteinlaßkanal verbundene Haupteinlaßöffnung ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch eingeführt wird und die Einlaßöffnungen derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sich im nacheilenden Endbereich der Ansaugkammer ausschließlich ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch befindet mit einer Zündeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hilfseinlaßkanal (20) eine Absperreinrichtung (51) angeordnet ist und daß die Hilfseinlaßöffnung (49,49') in dem Gehäuse derart vorgesehen ist, daß sie am Ende des Ansaugtaktes und am Anfang des Kompressionstaktes mit der Arbeitskammer verbunden ist und durch sie das fette Brennstoff-Luft-Gemisch in den voreilenden Teil der Arbeitskammer geleitet wird.

2. Kreiskolben Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergaser (41) stromaufwärts von der Absperreinrichtung (51) im Hilfseinlaßkanal (20) angeordnet ist.

3. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergaser (31) im Haupteinlaßkanal (19) angeordnet ist

4. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupteinlaßöffnung (27) im Mantel (1) des Gehäuses angeordnet ist.

5. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinlaßöffnung (49') im Mantel (1) des Gehäuses angeordnet ist.

6. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinlaßöffnung (49') in unmittelbarer Nähe der langen Achse des Gehäusemantels angeordnet ist

7. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hilfseinlaßöffnung (49') hinter der langen Achse des Gehäusemantels, in Drehrichtung des Kolbens (1!) gesehen, befindet.