DE2447076A1

DE2447076A1 - Kreiskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2447076A1
Application number: DE19742447076
Authority: DE
Inventors: William Murray Scott
Original assignee: Rolls Royce Motors Ltd
Current assignee: Bentley Motors Ltd
Priority date: 1973-10-05
Filing date: 1974-10-02
Publication date: 1975-04-10
Also published as: GB1435728A; US3929106A; IT1022620B; JPS50111415A; FR2246731A1; FR2246731B1

Description

ROLLS-ROYCE MOTORS LIMITED,Pym¹s Lane, Crewe,CWl 3PL, Cheshire

Kreiskolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Kreiskolbenbrennkraftmasohine mit Kompressionszündung mit Einspritzen flüssigen Brennstoffs, z.B. in Gestalt eines Kreiskolbendieselmotors.

Die Verbrennungssysteme mit direkter Einspritzung oder die Brennkraftmaschinen mit offener Kammer und Kompressionszündung, welche eine Brennstoffeinspritzung flüssigen Brennstoffs benutzen, kann man in zwei Kategorien einteilen, nämlich:

1·, jene, bei denen der Brennstoff auf die Brennkammerwand auftritt und eine organisierte Wirbelbildung benutzt wird, um eine gute Mischung zu erreichen, und

2., die sogenannten ruhenden Verbrennungskammern, in denen der Brennstoff hauptsächlich durch den Injektor verteilt wird und beim Fehlen einer eingerichteten Luftbewegung eine Wandbenetzung vermieden wird.

Kreiskolbenmaschinen der Dieselbauart passen im allgemeinen nicht in eine dieser beiden Kategorien. Weil der Rotor'und sein Gehäuse in Achsrichtung sehr schmal sind, sind die Brennstoffsprühpfade

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in Axialrichtung kurz und man hat es bisher als unvermeidbar angesehen, daß die Wände des Brennraumes besprüht werden. Außerdem hat es sich als unmöglich gezeigt, eine genügende Luftbewegung zu erzeugen, um unter diesen Wandbenetzbedingungen eine günstige Mischung zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammeranordnung bei einer Kreiskolbenmaschine mit Kompressionszündung zu schaffen, die mit flüssigem Brennstoff arbeitet und bei welcher diese Schwierigkeiten vermindert oder vermieden werden, wobei auch die Benetzung der Wände durch Brennstoff zum größten Teil vermieden wird.

Die Erfindung geht aus von einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit einem Gehäuse, das eine η-lappige Hauptkammer definiert mit einer axial bezüglich des Gehäuses verlaufenden Welle, die exzentrisch einen (n+l)-seitigen Kolben trägt und im Gehäuse drehbar ist und mit einer Scheiteldichtung zwischen jedem Paar benachbarter Selten des Kolbens und einer Verbrennungsausnehmung in jeder Planke des Rotors. Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei einer derartigen Maschine dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind, um Brennstoff in jede im Gehäuse angeordnete Ausnehmung einzuspritzen und einen oder mehrere Brennstoffsprühstrahlen in die Verbrennungsausnehmung richten, wobei die Richtung der Einspritzung der Sprühstrahlen allgemein nach dem Vorderende der Ausnehmung in Drehrichtung verläuft.

Die Erfindung kann auf verschiedene Art und Weise verwirklicht werden. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 einen Schnitt durch das Gehäuse und den Rotor eines Kreiskolbendieselmotors mit einzigem Rotor;

Fig. 2 in größerem Maßstab im Schnitt eine der Verbrennungsausnehmungen im Rotor des Triebwerks nach Figur Ij

Fig. 2a . von oben betrachtet eine Ansicht der Verbrennungs-N ausnehmung gemäß Fig. 2;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Kurven der Sprühspitzeneindringung als Funktion der Zeitbasis für zwei unterschiedliche Rotordrehzahlen erkennen läßt.

Der Rotor 10 der Kreiskolbenbrennkraftmaschine ist mit einer flachen Ausnehmung 11 in der Umfangsoberflache jeder Flanke des dreiseitigen Rotors versehen und die Ausnehmung erstreckt sich über eine Fläche, die etwa in der Mitte zwischen den Scheiteln 14 jener Flanke verläuft. Der Rotor 10 ist mittels eines Exzenters 15 auf der Rotorwelle 16 gelagert und läuft in einem Gehäuse 17 um. In einer Ausnehmung 19 des Gehäuses 17 ist ein Brennstoffinjektor 18 angeordnet, der mit der Spitze seiner Einspritzdüse gerade außerhalb der inneren Oberfläche des Gehäuses verbleibt.

Die Ausnehmung 11 in jeder Flanke des Rotors bildet eine zweilappige epitrochoidale Brennkammer, in die flüssiger Brennstoff durch den Injektor eingespritzt und durch Kompression bei Drehung des Rotors gezündet wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die Ausnehmung 11 eine Keilform auf, deren ebene Bodenwand 23 die Umfangsoberfläche der Rotorflanke bei 24 schneidet. Außerdem besitzt die Ausnehmung eine Stirnwand am Vorderrand der Ausnehmung (in Bezug auf die Drehrichtung des

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Rotors 10, die durch den Pfeil 26 angedeutet ist). Die Vorlaufstirnwand 25 verläuft etwa senkrecht zur Bodenwand 25 und ebenso zur Planke 12 des Rotors am Schnittpunkt mit dieser Planke und wie aus der Abbildung 2a ersichtlich ist, verläuft die Stirnwand in konkaver Form. Auf diese Weise hat die Ausnehmung 11 eine progressiv sich vergrößernde Tiefe in Drehrichtung des Rotors beginnend von Null bei 24 bis zu einer maximalen Tiefe an der Stirnwand 25. Die Seitenwände 27 der Ausnehmung 11 sind gerade und parallel zueinander und sie weisen einen Abstand von den Seitenflächen des Rotors 10 auf.

Der Injektor 18 ist mit Einspitzöffnungen in der Spitze seiner Düse 20 versehen, die so angeordnet sind, daß ein Mehrfachstrahl 28 flüssigen Brennstoff in die Ausnehmung 11 eingespritzt wird, wenn diese am Injektor 18 vorbeiläuft. Die Sprühstrahlen werden sämtlich vorherrschend nach vorn in die Ausnehmung 11 in Umfangsrichtung der Drehung eingespritzt und schräg zur Planke 12 des Rotors, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist (Figur 2). In der Wand des Gehäuses 17 ist an der Vorlaufseite der Einspritzdüse 20 ein Ausschnitt 29 angebracht, damit diese schräg gerichtete Einspritzung von Brennstoff in die Verbrennungsausnehmung 11 erfolgen kann. Die Relativlage zwischen Injektor 18 und voranschreitender Ausnehmung 11 und die Injektionszeitgebung sind so abgestimmt, daß die vordere Stirnwand 25 der Ausnehmung 11 vom Injektor während der gesamten Injektionsperiode wegbewegt wird. Obgleich anfänglich die Sprühpfade von der ,Injektordüse 20 nach der Stirnwand 25 der Ausnehmung kurz sind, bewegt sich die Stirnwand 25 ständig von der Einspritzdüse weg, so daß die Befeuchtung der Stirnwand nur minimal ist. Bei kleineren Rotordrehzahlen kann der Hauptteil der Sprühstrahlen schließlich die nach vorn wandernde Wand 25 überholen, jedoch nicht bevor die Zündung eingeleitet ist. Das danach erfolgende Eindringen wird in Gegenwart der Flamme vermindert und es kann

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somit eine Wandbefeuchtung vermieden werden.

Figur 3 zeigt eine graphische Darstellung, bei der auf der Ordinate die Eindringentfernung (in mm) des anfänglichen Teils des flüssigen Brennstoffes aufgezeichnet ist, der in die Ausdehnung eingesprüht wird, während die Abszisse die Zeitbasis in Winkelgraden der Kurbelwelle darstellt. Es sind zwei Kurvenfamilien A und B dargestellt für Rotordrehzahlen von 1000 bzw. 4500 u/min. Die Bewegung der AEnehtnungsstirnwand 25 wird durch die gerade Linie C repräsentiert. Für die Kurven A ist der Zündpunkt bei D dargestellt, während für die Kurven B der Zündpunkt bei E liegt. Es ist ersichtlich, daß bei 1000 u/min Drehzahl die Masse des vorlaufenden Brennstoffs die Stirnwand 25 nicht erreicht hat, bevor die Zündung auftritt, während bei 4500 u/min überhaupt kein Brennstoff die Stirnwand 25 erreichen kann.

Es ist klar, daß jede Flanke 12 des Rotors 10 mit einer entsprechend bemessenen Verbrennungsausnehmung 11 versehen ist. Bei einem Zwillingsmotor ist jeder Rotor mit solchen Ausnehmungen 11 ausgestattet.

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Claims

Patentansprüche

Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit Kompressionszündung, bestehend aus einem Gehäuse, welches eine n-blättrige Hauptkammer definiert, mit einer axial verlaufenden Welle und einem (n+l)-seitigen Kolben der exzentrisch auf der Welle angeordnet und drehbar im Gehäuse ist und mit einer Scheiteldichtung zwischen jedem benachbarten Kolbenseiten und mit einer Verbrennungsausnehmung in jeder Flanke des Rotors,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (18) vorgesehen sind, um Brennstoff in jede Ausnehmung im Gehäuse einspritzen zu können, die einen oder mehrere Sprühstrahlen mit Brennstoff in die Verbrennungseinrichtung spritzt, wobei die Einspritzrichtung der Strahlen nach dem Vorderende der Ausnehmung (11) in Drehrichtung betrachtet gerichtet ist.

Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewand benachbart zu der Düse (20) der Einspritzeinrichtung (18) einen Ausschnitt (29) aufweist, um den Durchtritt der Brennstoff-Sprühstrahlen in die Verbrennungsausnehmung (11) zu ermöglichen.

Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbrennungsausnehmung (11) eine Stirnwand (25) am Vorderende aufweist, die sich im wesentlichen normal zur entsprechenden Rotorflanke (12) an ihrem Schnitt hiermit erstreckt.

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4. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, Φ3 jede Verbrennungsausnehraung (11) einen im wesentlichen ebenen Boden (23) besitzt, der sich im wesentlichen rechtwinklig zur vorderen Stirnwand (25) erstreckt.

5. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbrennungsausnehmung (11) eine progressiv ansteigende Tiefe in Drehrichtung des Rotors besitzt.

6. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe jeder Verbrennungsausnehmung (11) progressiv von Null am hinteren Ende der Ausnehmung in Richtung der Drehung,des Motors aus betrachtet, ansteigt.

7. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbrennungsausnehmung (11) im wesentlichen in der Mitte zwischen den Enden der zugeordneten Planke (12) liegt.

8. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitgebereinrichtung vorgesehen ist, um die Arbeitsweise der Brennstoffeinspritzeinrichtung (18) in Abhängigkeit von der Lage der jeweiligen Verbrennungs-

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ausnehmung (11) zu steuern, so daß eine Brennstoffbenetzung der Wände der Ausnehmung (11) bei niedrigen Drehzahlen gering gehalten und bei hohen Rotordrehzahlen vermieden wird.

Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß η gleich 2 ist.

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