DE2541363C2

DE2541363C2 - Fremdgezündete Rotationskolben-Einspritz-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2541363C2
Application number: DE2541363A
Authority: DE
Inventors: Harold D. Oakland N.J. Lamping; David M. Upper Saddle River N.J. Myers
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Rotary Power International Inc Wood-Ridge Nj
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-09-17
Publication date: 1986-12-11
Also published as: DE2541363A1; CA1054064A; JPS5162217A; US3960115A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fremdgezündete Rotationskolben-Einspritz-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer bekannten Rotationskolben-Einspritzbrennkraftmaschine dieser Art (DE-A 23 25 940) wird durch die der Zündkerze benachbarte Einspritzdüse im gesamten Betriebsbereich eine geringe, konstante Kraftstoffmenge eingespritzt, um in der als Vorkammer ausgebildeten Aussparung eine Vorverbrennung durchzuführen, deren Verbrennungsgase der Hauptbrennkammer zugeführt werden, um die in dieser stattfindende Verbrennung der durch die zweite Einspritzdüse eingespritzten und durch eine eigene Zündkerze gezündeten Hauptkraftstoffmenge zu stabilisieren. Die Hauptl/raftctriffmpnCTP u/irH in iihünhpr Wpiep in Änhänaiolrpit o- ■·--— — ■■ — o-o

von der Drehzahl und der Belastung der Brennkraftmaschine geregelt. In dem Lufteinlaßkanal ist in gleichfalls üblicher Weise eine Drosselklappe angeordnet Nachteilig ist die notwendige Anordnung von zwei Zündkerzen, die Anordnung einer Drosselklappe, die zu Füllungsverlusten führt und die Ausbildung der Aussparung als Vorkammer, die durch einen Schußkanal mit der Hauptbrennkammer in Verbindung steht, wodurch der bauliche Aufwand beträchtlich erhöht wird. Da die für den Betrieb der Brennkraftmaschine erforderliche Kraftstoffmenge praktisch nur durch die zweite Einspritzdüse eingespritzt wird, ist die erzielte Ladungs-Schichtung, die sonst mit zwei Einspritzdüsen erreicht wird, nicht optimal.

Die US-PS 3174466 zeigt eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Niederdruckeinspritzung, bei welcher der Kraftstoff in die ansaugende Arbeitskam-Eier durch zwei Einspritzdüsen eingespritzt wird, von cenen die eine während des gesamten Betriebsbereiches und die andere nur im oberen Teillast- und im Vollastbereich arbeitet Die ständig arbeitende Einspritzdüse spritzt den Kraftstoff in den voreilenden Teil der Arbeitskammer, um ein relativ fettes Gemisch an der Zündkerze zur Verfügung zu haben. In dem Zeitraum von der Kraftstoffeinspritzung bis zur Zündung findet jedoch durch die Drehung des Kolbens eine Verteilung des Kraftstoffes in der gesamten Arbeitskammer statt, so daß das Vorhandensein eines zündfähigen Gemisches an der Zündkerze eine verhältnismäßig große Kraftstoffmenge voraussetzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der aus der DE-A 23 25 940 bekanntgewordenen Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung die Brennstoffeinspritzung so vorzunehmen, daß die Brennkraftmaschine unter Reduzierung des baulichen Aufwandes in allen Kennfeldbereichen zuverlässig mit hohem Verbrennungswirkungsgrad bei erheblichem Luftüberschuß im Gesamtbrennstoffluftverhältnis betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag werden aufgrund des ungedrosselten Lufteinlaßkanals Füllungsverluste im gesamten Betriebsbereich vermieden, jedoch trotz des dadurch bedingten höhen Luftüberschusses im unteren Leistungsbereich ein zündfähiges Gemisch im Bereich der Zündkerze gewährleistet, da in diesem Leistungsbereich die gesamte Kraftstoffmenge durch der Zündkerze benachbarte Düse eingespritzt wird. Da dieses zündfähige Gemisch im gesamten Betriebskennfeld erzeugt wird, kann auch im oberen Leistungsbereich mit einem sehr mageren Kraftstoffluftverhältnis gefahren werden, woraus sich ein niedriger Kraftstoffverbrauch und eine Verringerung der Kohlenwasserstoffemission im Auspuff ergeben. Dadurch, daß der anderen Einspritzdüse auch im unteren Leistungsbereich eine geringe Kraftstoffmenge zugeführt wird, wird ein Verstopfen dieser Düse wirksam verhindert. Diese geringe Kraftstoffmenge beeinflußt die Leistung der Maschine praktisch nicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. leine schematische Darstellung einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung,

F i °". 2 einen Längsschnitt d^pr in d^pr Einsⁿrit7^vo^rr'chtung von F i g. 1 verwendeten Einspritzpumpen in größerem Maßstab,

Fig.3 und 4 perspektivische Ansichten von Teilen der Kolben der beiden in F i g. 2 dargestellten Einspritzpumpen, und

F i g. 5 ein Diagramm, aus welchem die von jeder Pumpe bei jedem Hub geförderte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungsregelglie-

des dargestellt ist

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher mit IO allgemein eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine bezeichnet ist, die ein Gehäuse mit einem Mantel 16 und zwei nicht sichtbaren, zueinander parallelen Seitenteilen aufweist, in welchem ein Kolben 18 auf dem Exzenter 20 einer Welle 22 drehbar angeordnet ist Die Mantelinnenfläche 24 hat eine zweibogige Form, vorzugsweise in Form einer Epitrochoide, wöbe: die achsnächsten Stellen mit 23 und 25 bezeichnet sind Der Kolben 18 ist dreieckig und seine Ecken 26 sind mit Dichtleisten 30 versehen, die mit der Manielinnenfläche

24 zusammenwirken, um drei volumenveränderliche Arbeitskammern 28 zu bilden. Jede Kolbenflanke ist mit einer Kolbenmulde 34 versehen. Ein nicht dargestelltes Getriebe zwischen dem Kolben 18 und dem Gehäuse sorgt in bekannter Weise für ein bestimmtes Drehzahlvcrhältnis zwischen dem Kolben 18 und der Welle 22.

Ein ungedrosselter Lufteinlaßkanal 40 ^ührt Luft einer Lufteinlaßöffnung 42 zu, die nahe der achnächsten Stelle 23 und auf einer Seite derselben in der Mantelinnenfläche 24 angeordnet ist Im Mantel 16 ist auf der anderen Seite dieser achsnächsten Stelle 23 ein Auslaßkanal 44 für die verbrannten Gase vorgesehen. Die Verbrennung wird in den Arbeitskammern 28 nahe der anderen achsnächsten Stelle 25 eingeleitet

Wie bekannt kann die Einlaßöffnung 42 auch in ein Gehäuseseitenteil angeordnet werden.

Im Gehäusemantel 16 ist nahe der achsnächsten Zone

25 und in Kolbendrehrichtung D vor dieser eine erste Einspritzdüse 50 angeordnet Die Düsenöffnung der Düse 50 ist in einer Aussparung in der Mantelinnenfläche 24 angeordnet und der Kraftstoff wird in jede Arbeitskammer 28 dann eingespritzt wenn die in die Arbeitskammer eingesaugte Luft bereits weitgehend verdichtet ist und die Verbrennung eingeleitet werden soll. Eine Zündkerze 52 ist im Gehäusemantel 16 ebenfalls nahe der achsnächsten Zone 25 und nahe der Düse 50 angeordnet Die Elektroden der Zündkerze 52 liegen in unmittelbarer Nähe der Düsenöffnung der Düse 50 und zwar vorzugsweise, wie dargestellt, in der gleichen Aussparung in der Mantelinnenfläche 24. Zusätzlich sind die Einspritzdüsen 50 und die Zündkerze 52 so angeordnet, daß zumindest ein Teil des Kraftstoffnebels, der von dem aus der Düse 50 austretenden Kraftstoffstrahl erzeugt wird, unmittebar nach dem Austreten aus der Düse nahe an den Zündkerzenelektroden vorbeistreicht und sofort durch die Zündkerze entzündet wird. Der Zündstromkreis der Zündkerze 52 ist also so beschaffen, daß der Zündfunke überspringt wenn Kraftstoff durch die Düse 50 in die betreffende Arbeitskammer 28 eingespritzt wird, so daß ein Teil dieses Kraftstoffes an der Einspritzdüse 50 entzündet wird. Die Verbrennung dieses Kraftstoffteils bewirkt eine Zündung des übrigen, aus der Düse austretenden Kraftstoffes.

Im Gehäusemantel 16 ist eine zweite Einspritzdüse 60 nahe der achsnächsten Zone 25 angeordnet, und zwar in Kolbendrehrichtung D nach der ersten Einspritzdüse 50 und der Zündkerze 52.

Die Mündung der Einspritzdüse 60 liegt wiederum

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Größe der das Düsenende aufnehmenden Aussparung in der Mantelinnenfläche 24 möglichst klein zu halten und dadurch den Kurzschluß zwischen benachbarten Arbeitskammern zu verringern, der eintritt, wenn eine Dichtleiste 30 die Aussparung überschleift. Wie bei der ersten Einspritzdüse 50 wird durch die zweite Einspritzdüse 60 Kraftstoff dann in die Arbeitskammer 28 eingespritzt wenn die darin enthaltene Luft bis nahe an ihren Endwert verdichtet ist und die Verbrennung eingeleitet werden solL

Zwei Kolbenpumpen 70a und 706 sind vorgesehen, um vorbestimmte Kraftstoffmengen über die Düse 50 und 60 in die betreffende Arbeitskammer 28 einzuspritzen. Der Kraftstoff wird den Pumpen 70a und 706 über Leitungen 72a und 726 vorzugsweise von einer gemeinsamen Kraftstoffquelle zugeführt Die Pumpen 70a und 706 werden durch Nocken 74 und 76 angetrieben, "VeI-che auf einer schematisch angedeuteten Welle 78 sitzen, die ihrerseits von der Exzenterwelle 22 angetrieben wird. Da die Exzenterwelle 22 dreimal so schnell umläuft wie der Kolben 18 und Kraftstoff nacheinander jeder der drei Arbeitskammern 28 zugeführt werden muß, wird jede Kraftstoffpumpe 70a und 706 einmal während jeder Umdrehung der Exzenterwelle 22 betätigt
Ein dritter Nocken 82 auf der Welle 78 betätigt den Unterbrecherkontakt 84 des Zündstromkreises. Der dargestellte Zündstromkreis ist von üblicher Art und weist eine Spule auf, deren Primärwicklung 86 mit dem Unterbrecherkontakt 84 und über den Zündschalter 90 eine Batterie 88 verbunden ist Die Sekundärwicklung 92 der Zündspule ist durch die Leitung 94 mit der Zündkerze 52 verbunden. Der Nocken 82 ist so angeordnet daß die Zündkerze 52 vorzugsweise zur gleichen Zeit mit Strom versorgt wird, zu der die Kraftstoffeinspritzung durch die Düse 50 beginnt. Selbstverständlich kann auch ein anderes als das dargestellte Zündsystem verwendet werden.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, weist die Kraftstoff-Einspritzpumpe 70a ein zweiteiliges Gehäuse 110a, eine drehbare innere Hülse 112a und einen hin- und hergehenden Kolben 114a innerhalb der Hülse 112a auf. Der Kolben 114a wird durch eine Feder 116a in der Zeichnung nach unten auf den Nocken 74 gedrückt. Der Kraftstoff wird von der Kraftstoffleitung 72a einem Ringraum 118a zwischen dem Gehäuse HOa und der Hülse 112a zugeführt. Die Hülse 112a hat einen radialen Kanal 120a, durch welchen Kraftstoff von dem Ringraum 118a in den Raum 119a innerhalb der Hülse zwischen dem Kopfende des Kolbens 114a und dem oberen Ende der Hülse 112a strömen kann, welcher durch ein Druckhalteventil 122a geschlossen ist. Nachdem der Kolben 114a durch den Nocken 74 so weit nach oben geschoben ist, daß er den Kanal 120a abdeckt, bewirkt die weitere Aufwärtsbewegung des Kolbens 114a eine Verdrängung des Kraftstoffes oberhalb des Kolbens durch das Ventil 122a und durch die Leitung 124a zur Kraftstoffdüse 50.

Die Kraftstoff-Einspritzpumpe 706 entspricht in ihrem Aufbau demjenigen der Pumpe 70a und deswegen sind korrespondierende Teile der Pumpe 70Zj mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Pumpe 70a, jedoch mit dem Index 6 anstelle des Indexes a bezeichnet.

Um den wirksamen Hub der Kolbenpumpen 70a und 706 zu verändern, sind ihre Hülsen 112a und 1126 um einen bestimmten Winkel drehbar, und zu diesem Zweck sind die Hülsen jeweils mit Zahnradsektoren

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glied in Form einer Zahnstange 128 im Eingriff stehen. Die Zahnstange 128 ist linear beweglich, um die Winkelstellung der Hülsen 112a und 1126 gleichzeitig einzustellen und in der nachstehend beschriebenen Weise den wirksamen Hub der Pumpenkolben und damit die Leistung der Maschine zu regeln.

Die Pumpen 70a und 706 sind so ausgebildet, daß die

Pumpe 70a wirksam ist, um Kraftstoff während des ge- 1206 in senkrechte Fluchtung mit der Kolbenseitenflä-

samten Leistungsbereiches der Maschine, d. h. während ehe 136b. Während des ersten Verschiebeweges der

des Bewegungsbereiches der Zahnstange 128, zu för- Zahnstange 128 in Richtung auf höhere Leistung, d. h. in

dem, während die Pumpe 706 Kraftstoff im wesentli- F i g. 1 und 2 nach rechts, findet also zunächst nur die

chen nur im oberen Leistungsbereich der Maschine for- 5 erwähnte geringe Förderung von Kraftstoff durch die

dert Diese Arbeitsweise der Pumpen 70a und 70b ist in Pumpe 70,6 zur Düse 60 statt, bis die Zahnstange 128

F i g. 5 dargestellt eine Mittelstellung erreicht hat, die in F i g. 5 mit R be-

Um die gewünschte Regelung der Kraftstoffpumpe zeichnet ist. Bei weiterer Bewegung der Zahnstange 128

70a zu erreichen, ist der obere Teil der Seitenwand 136a in Richtung auf höhere Leistung kommt nun der Kanal

des Kolbens 114a mit einer Aussparung 130a versehen, 10 1206 der Pumpe 706 in senkrechte Fluchtung mit der

die von einer etwa schraubenlinienförmigen Steuerkan- Kolbenseitenfläche 1366, womit der Kolben 1146 nunte 132a begrenzt ist Die Form der Aussparung 130a und mehr den Kanal 1206 während eines Teils seines Hubes

der Steuerkante 132a ist am besten aus F i g. 3 ersieht- abdecken kann. Da die Steuerkante 1326 ebenfalls eine

''^cn· schraubenlinienförmige Gestalt hat fördert die Pumpe

In F i g. 2 ist die Zahnstange 128 in ihrer Nullstellung 15 706 umso mehr Kraftstoff pro Hub zu der Einspritzdüse

und demzufolge ist die Pumpe 70a in ihrer Stellung für 60, je weiter die Zahnstange 128 vom Punkt R nach

Nullförderung. Die Hülse 112a ist also durch die Zahn- rechts bewegt wird. Die Kurve B in F i g. 5 zeigt grafisch

stange 128 in eine Stellung gedreht in welcher der Ka- die von der Pumpe 706 geförderte Kraftstoffmenge pro

nal 120a in der Hülse 112a senkrecht mit dem Abschnitt Kolbenhub in Abhängigkeit von der Stellung der Zahn-

der Kolbenaussparung 130a fluchtet der der senkrech- 20 stange 128. Kurve C zeigt die Gesamtmenge des von

ten Kante 134a dieser Aussparung benachbart ist; in den beiden Pumpen 70a und 706 geförderten Kraftstof-

dieser Stellung der Hülse 112a kann der Kolben 114a fes für jeden Hub der beiden Kolben. Obgleich eine

den Kanal 120a bei seinem Aufwärtshub nicht abdek- wesentliche Förderung der Pumpe 706 erst dann ein-

ken. Demzufolge kann auch kein Kraftstoff gefördert setzt, wenn die Zahnstange 128 die Stellung R erreicht

werden. Wenn jedoch die Hülse 112a aus ihrer Lage 25 hat fördern beide Pumpen 70a und 706 im wesentlichen

gemäß Fig.2 durch Bewegung der Zahnstange 128 in die gleiche Kraftstoffmenge, wenn die Zahnstange 128

F i g. 1 und 2 nach rechts gedreht wird, deckt die KoI- in der Vollaststellung ist Um dies zu erreichen, wird die

benseitenfläche 136a den Kanal 120a während eines von der Pumpe 706 geförderte Kraftstoffmenge bei

Teils jedes Hubes des Kolbens ab. Da dieser Bereich der Verschieben der Zahnstange 128 vom Punkt R bis zur

Kolbenseitenwand 136a durch die Steuerkante 132a be- 30 Vollast stärker erhöht als die Förderung der Pumpe 70a,

grenzt ist hängt die Zeitdauer, für welche der Kanal indem die Steuerkanten 132a und 1326 einen entspre-

120a abgedeckt bleibt davon ab, um welchen Betrag die chenden Verlauf aufweisen, und/oder der Kolben 1146 |l·

Hülse 112a durch die Zahnstange 128a gedreht wurde. einen größeren Durchmesser hat als der Kolben 114a,

Während jeder Hubbewegung des Kolbens 114a wird wie dies in F i g. 2 und in den F i g. 3 und 4 dargestellt ist

also der in dem Raum 119a befindliche Kraftstoff so 35 Es ist nicht wesentlich, daß die beiden Pumpen 70a

lange durch die Leitung 124a zur Düse 50 gepumpt, und 706 in der Vollaststellung der Zahnstange 128 die

solange der Kanal 120a von der Kolbenseitenfläche gleichen Kraftstoffmengenfördern.Beispielsweisekann

136a abgedeckt ist Sobald der Kolben 114a soweit nach auch der größere Teile der Kraftstoffmenge von der

oben geschoben ist daß die Steuerkante 132a den Kanal Pumpe 706 gefördert werden, wenn die Brennkraftma-

120a überschleift und dadurch eine Freigabe desselben 40 schine in ihrem oberen Leistungsbereich arbeitet

bewirkt wird bei weiterer Aufwärtsbewegung des KoI-

bens 114a kein Kraftstoff mehr gepumpt Die Steuer- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

kante 132a bestimmt also das wirksame Ende jedes Hu-

bes des Kolbens 114a. Da die Kante 132a schraubenlinienförmig ist fördert die Pumpe 70a fortschreitend 45
mehr Kraftstoff pro Kolbenhub, je weiter die Zahnstange 128 nach rechts bewegt ist um die Hülse 112a zu
verdrehen. Die Fördermenge der Pumpe 70a in Abhängigkeit von der Stellung der Zahnstange 128 ist durch
die Kurve A in Fig. 5 veranschaulicht 50

In F i g. 2 ist die Hülse 1126 der Pumpe 706 ebenfalls
in der Stellung, in welcher keine Förderung stattfindet
Wie aus F i g. 4 hervorgeht liegt die Steuerkante 1326

des Kolbens 1146 in einem beträchtlichen Abstand von ~

der senkrechten Kante 1346 der Kolbenaussparung 55

1206. Die Kolbenseitenfläche 1366 hat jedoch einen r

schmalen Fortsatz 1376, der sich auf die senkrechte 1*

Kante 1346 zu erstreckt Dieser Fortsatz 1376 kann den 'fi

Kanal 1206 während der Einstellung der Zahnstange

128 im niedrigen Lastbereich bei jedem Kolbenhub eine 60 ¹^

kurze Zeit abdecken. Dadurch wird der Düse 60 wäh- /

rend jedes Kolbenhubes eine geringe konstante Kraftstoffmenge zugeführt die gerade ausreicht um ein Verstopfen der Düse 60 zu verhindern, jedoch praktisch
keinen Einfluß auf die Leistung der Brennkraftmaschine 65
hat Diese geringe Kraftstoffmenge bleibt konstant, und
erst wenn die Zahnstange 128 die Hülse 1126 um einen
beträchtlichen Winkel verdreht hat kommt der Kanal '

Claims

Patentanspruch:

Fremdgezündete Rotationskolben-Einspritz-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung, mit einem Gehäuse, das eine mehrbogige Mantelinnenfläche aufweist und in das ein Lufteinlaß-Kanal mündet und von dem ein Auslaßkanal für die verbrannten Gase ausgeht, einen drehbar im Gehäuse angeordneten mehreckigen Kolben, der mit seinen Ecken dichtend an der Mantelinnenfläche endanggleitet, wobei volumenveränderliche Arbeitskammern gebildet werden und wobei im Gehäuse, in Drehrichtung des Kolbens gesehen, eine erste, zur nachlaufenden Seite des Kolbens und eine zweite zur vorlaufenden Seite des Kolbens hin angeordnete Einspritzdüse zum Einspritzen von unterschiedlichen Kraftstoffmengen in die jeweilige Arbeitskammer am Ende ihres Verdichtungstaktes und mindestens eine Zündkerze vorgesehen sind, deren Elektroden einer Einspritzdüse unmittelbar benachbart, mit dieser in einer Aussparung in der Mantelinnenfläche angeordnet sind, mit einer Einspritzvorrichtung, die zwei getrennte Pumpenteile, eine für die erste und eine für die zweite Einspritzdüse aufweist, wobei die Fördermenge des mit der ersten Einspritzdüse verbundenen einen Pumpenteils mit steigendem Leistungsbedarf fortschreitend erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (50), die der Zündkerze (52) benachbart ist, diejenige ist, deren Einspritzmenge mit steigendem Leistungsbedarf fortschreitend erhöht wird, während die von der zweiten Einspritzdüse (60) eingespritzte Kraftstoffmenge zunächst auf einen in wesentlichen konstanten niedrigen Wert gehalten und ab einer bestimmten Leistung schneller vergrößert wird, als die durch die erste Einspritzdüse (50) eingespritzte Kraftstoffmenge, wobei die Ansaugluft im allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine durch einen ungedrosselten Lufteinlaßkanal (40) in deren Arbeitsräume (28) einströmt.