DE2424122C - Kreiskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem dreieckigen Kolben und einem beidseitig von Seitenteilen begrenzten, Arbeitskammern umschließenden Gehäusemantel mit jeweils einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung beidseitig der kurzen Achse und mit einer zwischen der Auslaßöffnung und der kurzen Achse angeordneten Zusatzeinlaßöffnung.

Eine derartige Kreiskolben-Brennkraftmaschine ist aus der DT-OS 14 51 733 bekannt.

Bei dieser bekannten Maschine wird über die Zusatzeinlaßöffnung Luft eingeblasen, wodurch verhindert werden soll, daß Abgas beim Leerlauf und im anschließenden unteren Drehzahlbereich zur Ansaugseite überströmt. Die in die Ausstoßkammer gelangende Luft fördert zudem die Nachverbrennung, während die in die Ansaugkammer strömende Luft die Frischluftfüllung der Ansaugkammer erhöht. Es hat sich gezeigt, daß infolge der über die Zusatzeinlaßöffnung erfolgten Luftzufuhr zur Ansaugkammer Zündschwierigkeiten auftreten, da sich diese Luft in dem Bereich der Ansaugkammer befindet, in der zuerst die Zündung erfolgt Aus Gründen einer optimalen Zündung ist es zwar erforderlich, über die normale Einlaßöffnung ein relativ fettes Gemisch zuzuführen; dies führt jedoch zu einer unvollständigen Verbrennung, so daß große Mengen an umweltschädlichen Bestandteilen in den Abgasen enthalten sind

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die nicht nur eine einwandfreie Zündung gewährleistet, sondern es darüber hinaus ermöglicht, mit einem verhältnismäßig mageren Brennstoff-Luft-Gemisch zu fahren, um dadurch den Gehalt an umweltschädlichen Bestandteilen im Abgas zu vermindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch die Zusatzeinlaßöffnung ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch und durch die Einlaßöffnung ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch oder bei bestimmten Betriebszuständen ausschließlich Luft in die Ansaugkammer einführbar ist. Abgesehen davon, daß durch die Einführung eines Brennstoff-Luft-Gemisches über die Zusatzeinlaßöffnung wirksam der Übertritt von Abgas in die Ansaugkammer verhindert wird, wird erreicht, daß sich in dem Abschnitt der Ansaugkammer, in der zuerst die Zündung erfolgt, ein fettes und daher leicht züiidbares Brennstoff-Luft-Gemisch befindet, so daß das nacheilende relativ magere Brennstoff-Luft-Gemisch ohne Schwierigkeiten verbrannt werden kann. Durch die Erfindung erhält man also eine optimale Schichtung von Gemischen unterschiedlicher Brennstoff-Luft-Verhältnisse. Durch entsprechende Brennstoffanreicherung des über die Zusatzeinlaßöffnung zugeführten Brennstoff-Luft Gemisches kann über die Einlaßöffnung gegebenenfalls ausschließlich Luft eingeführt werden.

Es ist eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine bekannt (DL-PS 40 359), bei der die Zusatzeinlaßöffnung wie die Einlaßöffnung auf derselben Seite der kurzen Achse angeordnet sind und beide öffnungen durch einen Registervergaser derart gespeist werden, daß bis 30% Last nur die Zusatzeinlaßöffnung und darüber auch die Einlaßöffnung mit Gemisch versorgt wird, wobei die Zusatzeinlaßöffnung erst dann freigegeben wird, wenn der Kolben die Auslaßöffnung abgesteuert hat. Auf diese Weise soll ein zündfähiges Teillastgemisch gewährleistet v/erden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 und 2 sind Schnittdarstellungen einer Ausführungsform einer Maschine, wobei der Kolben in verschiedenen Betriebsstellungen gezeigt ist;

Fig.3 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Maschine.

Gemäß F i g. 1 besitzt die Kreiskolben-Brennkraftmaschine ein Gehäuse 1 mit einem Gehäusemantel 2 und Seitenteilen Γ (lediglich ein Seitenteil ist gezeigt), die sich zu beiden Seiten des Gehäusemantels befinden. Der Gehäusemantel 2 hat eine trochoidförmige Laufbahn oder Innenfläche 2a mit der kurzen Achse 2a'. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich ein dreieckiger Kolben 3, der an seinen diei Scheiteln Dichtleisten 3a besitzt. Der Kolben führt eine exzentrische Umlaufbewegung in Richtung des Pfeils aus, so daß die Dichtleisten 3a sich stets in Gleitberührung mit der Laufbahn 2a des Gehäusemantels 1 befinden. Der Kolben sitzt auf einer

Welle 4, die mit Bezug auf das Zentrum des Gehäuses 1 exzentrisch liegt Die Welle 4 überträgt die Umlaufbewegung des Kolbens 3 zur Außenseite der Maschine.

Im Seitenteil Γ ist eine Einlaßölfnung 5 für das Einführen eines Arbeitsmittels, z. B. eines Gemisches aus Brennstoff wie Benzin und Luft, ausgebildet, eines Gemisches, das durch einen Vergaser (nicht gezeigt) erzeugt wird. Im Gehäusemantel 2 ist eine Auslaßöffnung 6 ausgebildet, um die gasförmigen Verbrennungsprodukte auszustoßen, die durch das Verbrennen des Gemisches erzeugt werden. Die Einlaßöffnung 5 befindet sich mit Bezug auf den Umlauf des Kolbens 3 auf der Vorderseite der kurzen Achse 2a' und die Auslaßöffnung 6 auf der Hinterseite der kurzen Achse 2a'.

Die Laufbahn 2a arbeitet mit Flanken 36 des Kolbens 3 zusammen, um drei in ihrem Volumen variable Arbeitskammern 7,8 und 9 zu bilden, die beim Umlauf des Kolbens jeweils in eine Ansaugkammer, eine Verdichtungskammer bzw. eine Verbrennungskammer und eine Ausstoßkammer umgewandelt werden. Die Flanken 3b des Kolbens 3 haben Mulden, die jeweils Abschnitte der Arbeitskammern 7,8 und 9 bilden.

Die Zündkerzen 10 und 11 sind im Gehäusemantel 2 an einer Stelle jeweils beidseitig der kurzen Achse derart angeordnet, daß sie der Einlaßöffnung 5 und der Auslaßöffnung 6 im wesentlichen diametral gegenüberliegen.

Im Gehäusemantel 2 befindet sich eine Zusatzeinlaßöffnung 12, die zwischen der kurzen Achse 2a'und der Auslaßöffnung 6 liegt. Für den Fall, daß die Auslaßöffnung 6 im Seitenteil Γ angeordnet ist, kann die Zusatzeinlaßöffnung 12 zwischen der kurzen Achse 2a' und einem Abschnitt der Laufbahn 2a nahe der Auslaßöffnung 6 liegen.

Es ist ein Luftförderelement 13 vorgesehen, um der Förderleitung 14 Luft zuzuführen. Das Luftförderelement 13 kann eine Flügelradpumpe derjenigen Art sein, wie sie üblicherweise zur Zufuhr von Luft zu Abgasreinigern verwendet wird. Die Luftpumpe kann entweder durch die Welle der Maschine oder durch einen getrennten Elektromotor angetrieben werden. Sofern die Luftpumpe durch die Welie der Maschine angetrieben wird, variiert die Pumpenle^;stung und damit die der Förderleitung 14 zugeführte Luftmenge vorteilhaft proportional zur Drehzahländerung der Maschine.

In der Förderleitung 14 liegt zwischen dem Luftförderelement 13 und der Zusatzeinlaßöffnung 12 eine Brennstoffzufuhreinrichtung 40. Die Brennstoffzufülleinrichtung 40 besitzt einen Venturiabschnitt 41, der in der Förderleitung 14 ausgebildet ist, um die Luftgeschwindigkeit beim Durchgang zu earthen. Ein Kanal 42 öffnet an einem Ende in den Venturiabschnitt 41 und verläuft mit dem anderen Ende in einen Brennstoffspeicher 43, so daß der Brennstoff durch den Unterdruck in den Venturiabschnitt gesprüht wird, der auf das Ende des in den Venturiabschnitt 41 öffnenden Brennstoffkanals 42 wirkt. Durch den Einsatz der Brennstoffzufuhreinrichtung 40 wird an einer Stelle stromab der Brennstoffzufuhreinrichtung 40 ein Brennstoff-Luft-Gemisch in der Förderleitung 14 erzeugt. Die zuzuführenden Mengen an Luft und Brennstoff werden so eingestellt, daß das sich ergebende Brennstoff-Luft-Gemisch relativ fett ist und beispielsweise ein Brennstoff-Luft-Verhältnis von angenähert 1:13 besitzen kann. Andererseits ist ein der Maschine zugeordneter Vergaser 18b so eingestellt, daß er ein Brennstoff-Luft-Gemisch erzeugt, das viel magerer als das Brennstoff-Luft-Gemisch bei üblichen Kreiskolben-Brennkraftmaschinen ist. In einem gewissen Betriebszustand kann ein Vergaser verwendet werden, der so aufgebaut und angeordnet ist, daß er lediglich Luft liefert.

Beim Betrieb wird Luft, die vcn dem Luftförderelement 13 geliefert wird, und Brennstoff, der durch die Brennstoffzufuhreinrichtung 40 zugeführt wird, in Form eines Brennstoff-Luft-Gemisches kontinuierlich den Arbeitskammern zugeleitet. Berindet sich der Kolben 3 in der Stellung gemäß Fig. 1, bei der eine der Dichtleisten 3a des Kolbens 3 zwischen der Auslaßöffnung 6 und der Zusatzeinlaßöffnung 12 liegt, dann haben die Arbeitskammern 7, 8 und 9 die Ansaugfunktion, Verdichtungsfunktion und Ausstoßfunktion, wobei sich die Kammern 7 bzw. 9 im Anfangszustand der Ansaugphase bzw. der Ausstoßphase befinden. Zu diesem Augenblick wird die Zusatzeinlaßöffnung 12 zur Ansaugkammer 7 geöffnet, in die das Gemisch durch die Zusatzeinlaßöffnung 12 eingeführt wird.

Wird der Kolben aus der Stellung gemäß F i g. 1 in die Stellung gemäß F i g. 2 weitergedreht, wird eine der Dichtleisten 3a an der Zusatzeinlaßöffnung 12 vorbeibewegt. Sobald dies geschehen ist, wird die Gemischzufuhr durch die Zusatzeinlaßöffnung 12 zur Ansaugkammer 7 gestoppt und anschließend das Gemisch in die Ausstoßkammer 9 eingespritzt, wie es in F i g. 2 angedeutet ist.

Das durch die Zusatzeinlaßöffnung 12 in die Arbeitskammern 7 bzw. 9 eingeführte Gemisch arbeitet vorteilhaft wie folgt: Wenn das Abgas der Ausstoßkammer 9 in die vorangehende Ansaugkammer 7 zurückströmen möchte, bildet das durch die Zusatzeinlaßöffnung 12 zugeführte Gemisch einen Schutzvorhang, der die Rückführung verhindert, so daß die Ansaugkammer 7 lediglich das durch die Zusatzeinlaßöffnung 12 und durch die Ansaugöffnung 5 zugeführte Gemisch erhält, wobei kein Anteil des Abgases aus der Ausstoßkammer übernommen wird, so daß ein verläßlicher Betrieb selbst dann gewährleistet ist, wenn magere Gemische benutzt werden. Das in eine Ausstoßkammer 9 eingespritzte Gemisch wird chemisch mit unverbrannt gebliebenen, noch brennbaren Bestandteilen der Abgase reagieren, um dadurch den Ausstoß von schädlichen Bestandteilen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen zu vermindern.

Die Zufuhr des Gemisches aus der Zusatzeinlaßöffnung 12 in die Ansaugkammer 7 wird lediglich wäh-end der Zeitspanne ausgeführt, während der eine der Dichtleisten 3a des Kolbens an der Auslaßöffnung 6 vorbeigewandert ist und diese Dichtleiste gerade die Zusatzeinlaßöffnung 12 erreicht, d. h. während sich die Ansaugphase in ihrem Anfangszustand befindet. Anschließend wird ein anderes Gemisch durch die Einlaßöffnung 5 in die Ansaugkammer 7 eingesaugt. Das durch die Zusatzeinlaßöffnung 12 zugeführte Gemisch wird im voreilenden Bereich (bei Betrachtung in Drehrichtung des Kolbens 3) der Ansaugkammer 7 verteilt, wenn diese die Lage gemäß F i g. 2 hat, während das durch die Einlaßöffnung 5 eingesaugte Gemisch zum nacheilenden Bereich der Ansaugkammer 7 hin verteilt wird. Diese geschichtete Verteilung der Gemische wird im wesentlichen beim Weiterlauf des Kolbens 3 aus der Stellung gemäß F i g. 2 aufrechterhalten, wobei die Ansaugkammer 7 in eine Kompressionskammer übergeht und Zündungen durch die Zündkerzen 10 und 11 hervorgerufen werden. Im allgemeinen erfolgen die Zündungen bevor der Kolben den Totpunkt de,s

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Kompressionshubs erreicht hat. Wird das durch die Zusatzeinlaßöffnung 12 zugeführte fette Gemisch im voreilenden Bereich der Arbeitskammer gelagert, dann wird die Zündung des Gemisches mit Hilfe der Zündkerzen 10 und 11 ohne Schwierigkeit von statten gehen, und Fehlzündungen werden sicher vermieden werden. Es ist bekannt, daß selbst ein beträchtlich mageres Gemisch verbrannt werden kann, wenn einmal das Gemisch gezündet ist. Setzt man das Gemisch aus der Zusatzeinlaßöffnung 12 auf ein geeignetes Brennstoff-Luft-Verhältnis fest, kann bei dem vorbeschriebenen Aufbau ein verläßlicher Maschinenbetrieb gewährleistet werden, selbst wenn das durch die Einlaßöffnung 5 eingeführte Gemisch erheblich magerer ist. Im Extremfall kann durch die Einlaßöffnung 5 ausschließlieh Luft eingeführt werden.

Bei der vorbeschriebenen Anordnung wird das durch die Zusatzeinlaßöffnung 12 zugeführte Brennstoff-Luft-Gemisch in der Förderleitung 14 mit Hilfe des Venturiabschnitts 41 erzeugt, der Brennstoff durch den Brennstoffkanal 42 in den mit erhöhter Geschwindigkeit durch den Venturiabschnitt fließenden Luftstrom führt. Der Brennstoff kann sicher und effektiv durch den Luftstrom zerstäubt und gleichförmig mit der Luft unter Bildung eines Gemisches vermischt werden. Das gleichförmige Gemisch vermeidet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit von Brennstofftropfen an begrenzten örtlichen Bereichen in der Arbeitskammer, z. B. im nacheilenden Bereich der Ansaugkammer. Unter diesem Gesichtspunkt gesehen gewährleistet die beschriebene Anordnui_lfc auch einen verläßlichen Maschinenbetrieb mit Hilfe eines mageren Gemisches.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist durch eine Brennsioffzufuhreinrichtung 40a gekennzeichnet, die Brennstoff in d^e durch die Förderleitung 14 strömende Luft spritzt. Die Brennstoffzufuhreinrichtung 40a besitzt einen Venturiabschnitt 41a. der sich in der Förderleitung 14 befindet, ein Brennstoffeinspritzventil 44 in Form eines elektromagnetischen Ventils, das Brennstoff in den Venturiabschnitt freigibt, eine Steuerkontrolleinrichtung 200 für die Überwachung des öffnens und Schließens des Brennstoffeinspritzvcntils 44 einen Brennstoffspeicher 43a. eine zwischen dem Brennstoffspeicher 43a und dem Ventil 44 verlaufende Rohrleitung 42a und eine Brennstoffpumpe 45. die sich in der Brennstoffleitung 42a befindet, um Brennstoff unter Druck dem Ventil 44 zuzuführen. Letzteres enthält eine Spule 44a, die durch die Steuereinrichtung erregt und entregt werden kann, ferner eine Nadel 44b. die in Abhängigkeit vom Erregen und Entregen der Spule 44a axial bewegbar ist, eine Einspritzdüse 44c. die durch die Nadel 446 geschlossen und geöffnet werden kann und eine Druckfeder 44c/, die die Nadel 44ö in Richtung auf die Düse 44c vorspannt, die zum Venturiabschnitt 44«i offen ist.

Die Steuereinrichtung 200 sendet Irnpulssignalc in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Kolbens 3 aus, um die Spule 44a des Brennstoffeinspritzventils 44 zu erregen und zu entregen, um so die Brennstoffeinspritzung zu steuern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem dreieckigen Kolben und einem beidseitig von Seitenteilen begrenzt&i, Arbeitskammern umschließenden Gehäusemantel mit jeweils einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung beidseitig der kurzen Achse und mit einer zwischen der Auslaßöffnung und der kurzen Achse angeordneten Zusatzeinlaßöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Zusatzeinlaßöffnung (12) ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch und durch die Einlaßöffnung (5) ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch oder bei bestimmten Betriebszuständen ausschließlich Luft in die Ansaugkammer einführbar ist

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzeinlaßöffnung (12) über eine Förderleitung (14) an ein Luftförderelement (13) angeschlossen und zwischen diesem und der Zusatzeinlaßöffnung eine Brennstoffzufuhreinrichtung (40,40a) angeordnet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhreinrichtung (40a) mit einer Steuereinrichtung (44, 200) verbunden ist, die die Brennstoffzufuhr auf den Zeitraum beschränkt, währenddessen die Ansaugkammer (7) mit der Zusatzeinlaßöffnung (12) verbunden ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (44,100) ein elektromagnetisches Ventil (44) aufweist, das mittels der Steuerkontrolleinrichtung (200) derart betätigbar ist, daß der Brennstoff intermittierend synchron mit der Drehzahl des Kolbens zuführbar ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffzufuhreinrichtung (40a) ein Venturiabschnitt (41) in der Förderleitung (14) zugeordnet ist und über das elektromagnetische Ventil (44) der Brennstoff in diesen Venturiabschnitt (41a) gefördert wird.