DE2420617C3 - Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit Eingriff zwischen einem mehreckigen Kolben auf einer Exzenterwelle und einem von Seitenteilen begrenzten, Arbeitskammern umfassenden Gehäusemantel, der einen Einlaßkanal und einen Auslaßkanal aufweist, mit einer mindestens ein Ventil aufweisenden Überströmverbindung zwischen der Ausstoßkammer und der Ansaugkammer.

Eine derartige Kreiskolben-Brennkraftmaschine ist aus der GB-PS 9 49 021 bekannt.

Bei der bekannten Maschine wird in das angesaugte Brennstoff-Luft-Gemisch in die Ansaugkammer zusätzlich Arbeitsmedium aus der Ausstoßkammer übergeblasen, um die Mischung von Brennstoff-Luft zu optimieren. Diese Art von Überströmverbindung zwischen der Ansaugkammer und der Ausstoßkammer ist jedoch nicht geeignet, das Verdichtungsverhältnis bei einer derartigen Kreiskolben-Brennkraftmaschine merklich und steuerbar zu erhöhen. Dies betrifft um so mehr eine Maschine, die nach dem Dieselverfahren arbeiten soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine oben genannter Art mit einfachen konstruktiven Mitteln das Verdichtungsverhältnis wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ventil ein von außen betätigtes Schieberventil ist das sowohl die Überströmverbindung zwischen dem Auslaßkanal und dem Einlaßkanal als auch den Einlaß und den Auslaß steuert, in der Weise, daß nach der Ansaugphase die die Ausstoßphase verkürzende Überströmphase stattfindet.

Durch die Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses wird ein Dieselverfahren bei einer derartigen Kreiskolben-Brennkraftmaschine ohne wesentliche bauliche Änderungen ermöglicht. Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine ist das gute Anlaßverhalten. Nicht zuletzt wird die Verbrennung verbessert durch die Vorwärmung des Arbeitsmediums und seine Durchwirbelung. Schließlich bringt die Gestaltung der Maschine nach dieser Erfindung die Möglichkeit der Schichtung der Frischgase und der Abgase.

Ausgestaltende Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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

Es zeigen:

Fig. 1 eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart im Querschnitt in schematischer Darstellung.

Fig. 2 bis 9 Sinnbilder der Funktion der Maschine,

Fig. 10 eine Abwicklung der Mantelfläche des Drehschiebers und der Ein- und Auslaßöffnungen des Drehschiebergehäuses.

Die in Fig. 1 gezeigte Kreiskolben-Brennkraftmaschine weist einen Gehäusemantel 1 mit zweibogiger innerer Mantelfläche 2 auf, in dem ein dreieckiger Kolben 3 ist, der drehbar auf dem Exzenter 4 einer in den Seitenteilen des Gehäuses gelagerten Exzenterwelle 5 angeordnet ist. Die Exzenterwelle 5 mit dem Exzenter 4 dreht sich gegenüber dem Gehäuse dreimal so schnell wie der Kolben 3 gegenüber dem Gehäuse. Ir den Kolbenecken sind radiale Dichtleisten 6 angeordnet, die beim Umlauf des Kolbens 3 an der innerer Mantelfläche entlanggleiten. Die Kolbenflanken 1 enthalten Kolbenmulden 8, die als Brennräume ausgebildet sind. Zwischen den Kolbenflanken 7 und dei inneren Mantelfläche 2 liegen drei Arbeitskammern 9a 9b und 9c, die ihr Volumen beim Umlauf des Kolbens: ständig verändern. Die Kolbenmulden 8 in der Kolbenflanken 7 bestimmen zusammen mit der Forrr der inneren Mantelfläche 2 das geometrische Verdich tungsverhältnis, das bei einer normalen Maschim erreichbar ist. Im Gehäuse 1 sind ein innerei Einlaßkanal 10 und ein innerer Auslaßkanal 11, desser Verbindung mit den Arbeitskammern 9a und 9c durcl die radialen Dichtleisten 6 gesteuert wird. Weiten Kanäle im Gehäuse sind als äußere Kanäle bezeichnet und zwar als äußerer Einlaßkanal 12 und äußere Auslaßkanal 13, die gegenüber den inneren Kanälen K und 11 mittels Drehschieber 14 gesteuert werden. In Gehäusemantel 1 ist weiter eine Einspritzdüse \l angeordnet. Es können jedoch auch mehrere angeord net werden, wie auch Zündorgane, falls es sich um eil Hybrid- oder ein Otto-Verfahren handelt. In dem Fall· ist sicher auch eine Anordnung eines Vergasers vor den äußeren Einlaßkanal 12 möglich. Bei der beispielsweis gezeichneten Maschine dreht sich, wie angedeutet, de Drehschieber 14 in derselben Richtung wie di. Exzenterwelle 5 und zwar mit der Hälfte der Drehzar der Exzenterwelle .5. Der Drehschieber 14 ist mit zwe Steuerausnehmungen 16,17 versehen, die abwechsele als Verbindung der Einlaßkanäle 10, 12 und de

\uslaßkanäle 11, 13 oder der inneren Auslaß- und Einlaßkanäle U und 10 dienen. Dtr Antrieb des Drehschiebers 14 kann z. B. durch Zahnriemenantrieb durchgeführt werden. Gehäusemantel 1 wie auch Drehschieber 14 sind mit Hohlräumen für Kühlflüssigkeit versehen. Die Wirkungsweise der Maschine kann besser anhand der Sinnbilder 2 bis 9 erläutert werden, in denen dieselbe Maschine wie in F i g. I gezeigt wird, jedoch in verschiedenen Stellungen der Exzenterwelle 5, des Kolbens 3 und des Drehschiebers 14.

In F i g. 2 ist der Kolben 3 in der Stellung, wo die Kammer 9a das kleinste Volumen aufweist und beide inneren Kanäle 10 und U in dieselbe Kammer 9a münden. Zu diesen Augenblick ist der äußere Einlaßkanal 12 noch gegenüber der Kammer 9a durch den Drehschieber 14 abgesperrt und der Eintritt der Frischladung ist noch nicht möglich. Die Kammer 9a, genauso wie die inneren Kanäle 10 und 11 und die Steuerausnehmung 17 kann sich in den äußeren Auslaßkanal auslehren. In F i g. 3 öffnet Drehschieber 14 mit der Steuerausnehmung 16 und dem inneren Einlaßkanal 10 den Zutritt der Frischgase in die Kammer 9a, über den inneren Auslaßkanal 11, Steuerausnehmung 17 ist aber auch noch das Ausspulen der Kammer 9a möglich. In F i g. 4 öffnet die Steuerausnehmung 16 weiter den Zutritt der Frischgase zur Kammer 9a, die sich langsam mit neuer Ladung füllt. In F i g. 5 wird die Kammer 9a weiterhin gefüllt, genauso wie in Fig.6, wo allerdings der Drehschieber 14 den Einlaßquerschnitt des äußeren Einlaßkanals 12 nunmehr verkleinert. In Fig.7 endet der Ansaugvorgang in die Kammer 9a, die Eintrittsöffnung des äußeren Einlaßkanals 12 wird durch den Drehschieber 14 überdeckt, und es beginnt das öffnen des Drehschiebers zum inneren Auslaßkanal 11, so daß eine Verbindung zwischen den Kammern 9a und 9c über die inneren Kanäle 11 und 10 und die Steuerausnehmung 16 enisteht. In der Kammer 9c herrscht ein gewisser Überdruck der verbrannten Gase, durch dessen Überschiebung in die Kammer 9a, wie der F i g. 8 und F i g. 9 zu entnehmen ist, es zu einer pneumatischen Vorverdichtung der Ladung in Kammer 9a kommt. Auch ohne Überdruck in der Kammer 9c führt das Überschieben der verbrennten Gase zur Vorverdichtung in der Kammer 9a. Das gesamte Volumen der Kammern 9a und 9cbeträgt in F i g. 7 über das 1,33 fache des Hubvolumens einer normalen Kammerfüllung der Kreiskolbenmaschine. In F i g. 9 überquerte die radiale Dichtleiste 6 den inneren Einlaßkanal 10. Die Füllung und die Vorverdichtung der Ladung der Kammer 9a ist beendet. Die Ladung der Kammer 9a wird durch Volumenänderung weiter verdichtet. Dies kann man weiter in der F i g. 2 verfolgen, und zwar bei der Kammer 9b. In F i g. 5 ist die gesamte Ladung fast verdichtet, und es beginnt die Einspritzung des Brennstoffes und die Verbrennung in F i g. 6, die bei minimalem Volumen der Kammer 96 beginnt. Die verbrannten Gase in der Kammer 9b expandieren, was man in F i g. 7,8 und 9 verfolgen kann. Die Expansion läuft weiter in Fig.2, und zwar diesmal in der Kammer 9c. In F i g. 3 überquert die Dichtleiste 6 den inneren Auslaßkanal 11 und die Auspuffgase können frei über die Steuerausnehmung 17 und den äußeren Auslaßkanal 13 ausgeschoben werden. Dies dauert an in den Positionen des Kolbens 3, der Exzenterwelle 5 und des Drehschiebers 14 nach Fig.4, 5, 6. In F i g. 7 schließt Drehschieber 14 den Auslaß der Auspuffgase und die Kammer 9c wird in F i g. 8 mit der' Kammer 9a verbunden. Beim Verstellen des Drehschiebers gegenüber der Exzenterwelle ist es möglich mit den Steuerzeiten zu variieren und so während des Laufes der Maschine mit verschiedenen Verdichtungsverhältnissen die Maschine zu betreiben. Dies kann man noch mit zusätzlichem, axialen Verschieben des Drehschiebers erweitern. Auch bei solcher Ausfährung der Maschine, wo der Drehschieber nur axial verschiebbar angeordnet ist, ist es möglich verschiedene Steuerzeiten und dadurch verschiedene Verdichtungsverhältnisse zu erreichen. Dies wird anhand der F i g. 10 erklärt.

In Fig. 10 ist eine Abwicklung der Mantelfläche des Drehschiebergehäuses mit der Abwicklung der Drehschiebermantelfläche angedeutet. Die Anordnung des äußeren Einlaßkanals 12, des inneren Einlaßkanals 10, des inneren Auslaßkanals 11 und des äußeren Auslaßkanals 13 entspricht der Ausführung in Fig. 1. Auch die Steuerausnehmungen 16 und 17 des Drehschiebers 14 entsprechen diesem Bild. Die Steuerkanten der Ausnehmungen 16 und 17 sind gestrichelt gezeichnet und bewegen sich gegenüber dem Drehschiebergehäuse in der angedeuteten Richtung. Die Steuerkanten der öffnungen sind schräg angeordnet, so daß beim Verschieben des Drehschiebers 14 in der Axialrichtung »A« die Steuerzeiten verändert werden.

Es können mehrere Drehschieber vorgesehen werden, nämlich ein Drehschieber für den Einlaßkanal und einer für den Auslaßkanal. wobei die Gehäuse dei Drehschieber mit einem besonderen Kanal verbunder sind.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit Eingriff zwischen einem mehreckigen Kolben auf einer Exzenterwelle und einem von Seitenteilen begrenzten, Arbeitskammern umfassenden Gehäusemantel, der einen Einlaßkanal und einen Auslaßkanal aufweist, mit einer mindestens ein Ventil aufweisenden Überströmverbindung zwischen der Ausstoßkammer und der Ansaugkammer, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (14) ein von außen betätigtes Schieberventil (14) ist, das sowohl die Überströmverbindung zwischen dem Auslaßkanal (11,13) und dem Einlaßkanal (10,12) als auch den Einlaß und den Auslaß steuert, in der Weise, daß nach der Ansaugphase die die Ausstoßphase verkürzende Überströmphase stattfindet.

2. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberventil (14) als Drehschieber (14) ausgebildet ist, der sich mit der halben Drehzahl der Exzenterwelle (5) dreht.

3. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberventil (14) axial verstellbar ist, so daß unterschiedliehe Verdichtungsverhältnisse erreicht werden.

4. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Stellung des Schieberventils (14) zur Exzenterwelle (5) während des Betriebes veränderbar ist.

5. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Einlaß- und Auslaßkanal (10, 12; 11,13) je ein Schieberventil (14) vorgesehen ist.

6. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Turbolader angeschlossen ist.