DE2553457C3 - Gemischansaugende Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gemischansaugende Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem exzentrisch umlaufenden, sich drehenden dreieckigen Kolben, in dessen Flanken KoI-benmi'lden vorgesehen sind, und dem von Seitenteilen begrenzten Mantel eines Gehäuses, das für ein reiches

ίο und ein armes Brennstoff-Luft-Gemisch in beiden Seitenteilen jeweils Seiteneinlässe oder das für ein reiches Brennstoff-Luft-Gemisch in beiden Seitenteilen jeweils eine Seiteneinlaßöffnung und für ein armes Brennstoff-Luft-Gemisch einen Umfangseinlaß aufweist, wobei der Einlaß für das arme Brennstoff-Luft-Gemisch in Kolbendrehrichtung vor dem Einlaß für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch angeordnet ist und in dieser Reihenfolge beide Einlasse aufgesteuert werden.

Eine solche Anordnung ist in DE-OS 2401 989 beschrieben.

Mit einer solchen Anordnung kann zwar eine Anreicherung des fetten Gemisches im voreilenden Kammerteil erreicht, nicht aber dieses Gemisch von der Mantellaufbahn und den Seitenteilen ferngehalten werden.

Die an die Gehäusewände gelangten Teile und Niederschläge werden durch die Kolbenbewegung in den nacheilenden Kammerbereich befördert und dort insbesondere in den Ecken nachgeschleppt, so daß die durch die vorgenommene Ladungsschichtung zu erzielende Wirkung wieder zunichte gemacht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine ebengenannter Art das reiche Gemisch in der Kolbenmulde im voreilenden Kammerbereich der Zündkerze vorzulagern und es dabei von der Mantellaufbahn sowie von den Seitenteilen fernzuhalten und gleichzeitig den nacheilenden Kammerbereich von teil- oder unverbrannten Kraft-

bo stoffbestandteilan völlig freizublasen, um eine möglichst vollständige Verbrennung der Kraftstoffe und daraus resultierende Kraftstoffeinsparungen und eine weitestgehende Einschränkung schädlicher Emissionen zu erzielen.

_b-, Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine bei Anordnung der Einlasse ausschließlich in den Seitenteilen folgende Merkmale aufweist:

a) Zu den für das arme Brennstoff-Luft-Gemisch bestimmten beiden Seiteneinlaßöffnungen in beiden Seitenteilen führen Seiteneinlaßkanäle, die jeweils in Kolbendrehrichtung tangential zur Gehäusemantel-Innenwandung und entlang den Innenwandungen der Seitenteile gerichtet in die Ansaugkammern münden;

b) zu den für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch bestimmten beiden Seiteneinlaßöffnungen in beiden Seitenteilen führt jeweils ein Seiteneinlaßkanal, der so angeordnet ist, daß im Zeitpunkt des Aufsteuerns der beiden Seiteneinlaßöffnungen das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch in KoI-bendrehrichtung tangential zur jeweiligen Kolbenflanke und auf das voreilende Ende der jeweiligen Kolbenmulde gerichtet in die Ansaugkammer gelangt, und

_·) die beiden Seiteneinlaßöffnungen für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch sind im lidial innersten Bereich der Ansaugkammer angeordnet,
und bei Anordnung eines Umfangseinlasses für das arme Brennstoff-Luft-Gemisch und in beiden Seitenteilen jeweils eine Seiteneinlaßöffnung für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch die folgenden Merkmale aufweist:

a) Der nahe der kurzen Gehäuseachse im Gehäusemantel angeordnete Umfangseinlaß für das arme Brennstoff-Luft-Gemisch besteht aus zwei Einlaßkanälen, die jeweils in Kolbendrehrichtung tangential zur JGehäusemantel-Innenwandung und entlang den Innenwandungen der Seitenteile gerichtet in die Ansaugkammer münden;

b) zu den für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch bestimmten beiden Seiteneinlaßöffnungen in beiden Seitenteilen führt jeweils ein Seiteneinlaßkanal, der so angeordnet ist, daß im Zeitpunkt des Aufsteuerns der beiden Seiteneinlaßöffnungen das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch in Kolbendrehrichtung tangential zur jeweiligen Kolbenflanke und auf das voreilende Ende der jeweiligen Kolbenmulde gerichtet in die Ansaugkammer gelangt, und

c) die beiden Seiteneinlaßöffnungen für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch sind im radial innersten Bereich der Ansaugkammer angeordnet.

Zweckmäßigerweise deckt der in Kolbendrehrichtung hintere Teil der radial inneren Steuerkante der Seiteneinlaßöffriungensich mit der Kante des Kolbens in dem Zeitpunkt, in dem der Kolben etwa den halben Ansaughub vollendet hat. Zu diesem Zeitpunkt ist die Einströmung am schnellsten und daher die Richtungswirkung dieser öffnungen am stärksten.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist es, daß durch die damit erzielte Ladungsschichtung die Emission an NOj ganz wesentlich eingeschränkt werden kann, ferner daß mit Niederdruckvergasern oder anderen Niederdruck-Gemischaufbereitungen eine Ladungsschichtung erzielt werden kann, wie aie sonst nur mit Hochdruckeinspritzung möglich war.

Ausführungsbeispiele der er^findungsgemäßen Maschine werden im folgenden näher beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Maschine im Augenblick des Aufsteuerns der Einlaßöffnungen in den Seitenteilen,

Fig. 2 einen Radialschnitt durch die gleiche Maschine kurz vor Beendigung des Ansaugtaktes,

Fig. 3 einen achsparallelen Schnitt durch die gleiche Maschine in der Ebene I1I-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen achsparallelen Schnitt durch die gleiche Maschine in der Ebene IV-IV in Fig. 2,
Fig. 5 einen Radialschnitt durch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine mit gleicher Kolbenstellung wie Fig. 2 mit den Einlaßöffnungen in der Mantellaufbahn,

Fig. 6 einen achsparallelen gebrochenen Schnitt durch die Maschine in der Ebene VI-VI in Fig. 5.

ίο Die in Fig. 1 bis 4 dargestellte Brennkraftmaschine weist ein Gehäuse mit trochoidenförmiger zweibogiger Gehäusemantel-Innenwandung 1 und Seitenteile 2 und 3 auf. Diese werden von einer Exzenterwelle 4 senkrecht durchsetzt, auf deren Exzenter 5 ein Kolben 6 drehbar gelagert ist, der mit seinen drei Ekken 7 gleichzeitig an der Gehäusemantel-Innenwandung 1 gleitend anliegt. Der Kolben 6 ist an seinen Kanten mit hier nur teilweise dargestellten, ein geschlossenes System bildenden Dichtelementen versehen. In den Seitenteilen 2 und 3 ist bei 8 je eine Seiteneinlaßöffnung für ein Brennstoff-Luft-Gemisch und bei 9 eine Auslaßöffnung für die verbrannten Gase in der Gehäusemantel-Innenwandung 1 angeordnet. In dieser ist ferner bei 10 eine Zündkerze zur Zündung des verdichteten Gemisches vorgesehen. Der Kolben 6weist an seinen Flanken 11 Kolbenmulden 12 auf. Bei Drehung des Kolbens 6 um den sich drehenden Exzenter 5 bilden sich jeweils drei Arbeitskammern mit sich verändernden Volumen, die abwechselnd Ansaugkammer 13, Verdichtungskammer 14, Dehnungskammer 15 und Ausschubkammer (28 in Fig. 5) bilden, in denen ein Viertaktverfahren durchgeführt wird.

Die beiden Seiteneinlaßöffnungen 8 sind für die Zuführung eines armen bzw. mageren Gemisches bestimmt. In Kolbendrehrichtung nach den beiden Seiteneinlaßöffnungen 8 sind in den Seitenteilen 2 und 3 zwei weitere Seiteneinlaßöffnungen 16 für ein reiches bzw. fettes Gemisch angeordnet, wobei für jede der beiden Einlasse 8. 16 ein gesonderter, hier nicht dargestellter Vergaser vorgesehen sein kann. Die zu den Seiteneinlaßöffnungen 8 führenden Seiteneinlaßkanäle 17 weisen einen so flachen Winkel zu den ίη-nenwandungen der Seitenteile 2 bzw. 3 auf, daß die über sie in die Ansaugkammer 13 eintretende Strömung des mageren Gemisches im wesentlichen an den Seitenteilen 2 und 3 entlanggeführt wird, wie Fig. 3 dies mit den Pfeilen 18 zeigt. In axialer Draufsicht gesehen weist die Richtung der Einlaßkanäle 17 auf

so die Gehäusemantel-Innenwandung 1, wie Fig. 1 und 2 dies mit den Pfeilen 19 darstellen. Das magere Gemisch füllt in dieser Bewegungsphase des Kolbens somit die der Gehäusemantel-Innenwandung 1 bzw.der Mantellaufbahn und den Seitenteilen 2 und 3 anliegenden Räume.

Die zu den Seiteneinlaßöffnungen 16 führenden Seiteneinlaßkanäle 20 sind dagegen in einem stumpferen Winkel zu den Innenwandungen der Seitenteile 2 und 3 gerichtet, wie dies in Fig. 4 mit den Pfei-

bo len 21 dargestellt ist, so daß die aus ihnen in die Ansaugkammer 13 eintretende Strömung des fetten Gemisches auf das in Drehrichtung des Kolbens 6 vordere Ende der Kolbenmulde 12 im Zeitpunkt des Aufsteuerns der beiden Seiteneinlaßöffnungen 16 gerichtet ist. In axialer Draufsicht, wie dies die Pfeile 22 in Fig. 2 zeigen, verlaufen die Seiteneinlaßkanäle 20 und damit die Strömungsrichtung des fetten Gemisches in zur Kolbenflanke 11 tangentialer Richtung

bei der Stellung des Kolbens, die dieser bei Aufsteuerung der Seiteneinlaßöffnungen 16 einnimmt. Die Seiteneinlaßöffnungen 16 liegen in Drehrichtung des Kolbens 6 hinter den Seiteneinlaßöffnungen 8 im radial innerste Bereich der Ansaugkammer.

Während sich das magere Gemisch an der Mantellaufbahn und den Seitenteilen 2 und 3 anlagert, füllt das fette Gemisch den Raum in und um die Kolbenmulde, ohne die Gehäuseseitenteile und die Mantellaufbahn zu erreichen. Die hohe Eintrömgeschwindigkeit aus den Seiteneinlaßöffnungen 16 ermöglicht ein Verdrängen des mageren Gemisches aus dem Bereich der Kolbenmulde 12, wenn es diese Räume vor dem fetten Gemisch gefüllt haben sollte.

Der voreilende Bereich der Ansaugkammer 13 wird sich ebenfalls im wesentlichen mit magerem Gemisch füllen, da er in der ersten Phase des Ansaugtaktes nur mit den Seiteneinlaßöffnungen 8 in Verbindung steht. Dies hat den Vorteil, daß in diesem nach beendeter Verdichtung in der Verdichtungskammer 14 sich bildenden spaltförmigen und daher dem Verbrennen schwer zugänglichen und von der Flammenfront zuletzt erreichten Raum ein sauerstoffreiches und gut brennbares Gemisch zur Verfügung steht.

Gleiches gilt für den nacheilenden Bereich der Ansaugkammer 13. Bei der Kolbenstellung, die auf die in Fig. 2 dargestellte Phase folgt, stehen die Seiteneinlaßöffnungen 8 und 16 kurz vor ihrem Absteuern durch die Kolbenkante. Das nacheilende Kammerteil kann in diesem Zeitpunkt nur mehr über die hinten liegenden Seiteneinlaßöffnungen 8 gefüllt werden und nicht mehr durch die weiter vorn liegenden Einlaßöffnungen 16.

Bei dieser Schichtung der Kammerfüllung kann an sich eine Ansammlung teil- oder unverbrannten Gemisches im jeweils nacheilenden Kammerteil nicht mehr eintreten, da weder ein Kraftstoffniederschlag an der Gehäusemantel-Innenwandung 1 noch an den Seitenteilen 2 und 3 erfolgen kann, da diese von dem fetten Gemisch nicht mehr erreicht werden, und insgesamt durch die nahezu ideale Ladungsschichtung eine optimale Verbrennung stattfinden kann. Durch das über die Seiteneinlaßöffnungen 8 bis zum Ende der Ansaugphase einströmende magere Gemisch wird der nacheilende Kammerteil und insbesondere dessen seitenwandnahen Bereiche von teil- oder unverbrannten Gemischresten aus vorausgehenden Arbeitszyklen freigeblasen.

Die Zündung erfolgt zweckmäßigerweise in der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Kolbens 6 im voreilenden Bereich der Kolbenmulde 12, in dem das fette Gemisch konzentriert ist.

Fig. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine, bei der ein Umfangseinlaß 24 mit zwei Einlaßkanälen 25 für das magere Gemisch vorgesehen ist. Die Einlaßöffnungen der Einlaßkanäle 25 sind nach den Seitenteilen 2 und 3 zu seitlich verschoben und achsparallel nebeneinander angeordnet. Der Umfangseiniaß 24 gabelt sich also in zwei Einlaßkanäle 25, die in radialer Draufsicht in spitzem Winkel zu den Seitenteilen 2 und 3 (wie Fig. 6 das zeigt) und in axialer Draufsicht (wie Fig. 5 dies zeigt) auf die Mantellaufbahn gerichtet sind. Die durch den Umfangseiniaß 24 eintretende Strömung mageren Gemisches wird somit entlang den Seitenteilen 2 und 3 und gegen die Mantellaufbahn gerichtet, wie dies mit den Pfeilen 26 in Fig. 5, 6 und 7 dargestellt ist. Es ergibt sich demzufolge die gleiche Ladungsschichtung wie bei dem vorausgehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Ebenso ist auch die übrige Anordnung der Maschine die gleiche. Auch hier schließen die öffnungen der Einlaßkanäle 25 im gleichen Zeitpunkt wie die Seiteneinlaßöffnungen 16. Die Kammer 27 befindet sich in Fig. 5 in der Dehnungsphase, Kammer 28 in der Ausschubphase.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der nacheilende Bereich der Ansaugkammer kurz vor dem Schließen des Umfangseinlasses 24 von der durch diese eintretende Strömung mageren Gemisches besser freigeblasen werden kann, als bei dem vorausgehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die nacheilende Kolbenkante der Ansaugkammer nicht von den mit Rücksicht auf die (hier nicht dargestellten) Seitendichtungsteile radial von der Gehäusemantel-Innenwandung 1 abgerückten Seiteneinlaßöffnungen 8 aus von der Strömung nicht unmittelbar erreicht werden kann. Besonders gut können bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 die seitenteilnahen Bereiche der nacheilenden Kolbenkante freigeblasen werden, wie Fig. 6 dies zeigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gemischansaugende Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem exzentrisch umlaufenden, sich drehenden dreiekkigen Kolben, in dessen Flanken Kolbenmulden vorgesehen sind, und dem von Seitenteilen begrenzten Mantel eines Gehäuses, das für ein reiches und ein armes Brennstoff-Luft-Gemisch in beiden Seitenteilen jeweils Seiteneinlässe aufweist, wobei der Einlaß für das arme Brennstoff-Luft-Gemisch in Kolbendrehrichtung vor dem Einlaß für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch angeordnet ist und in dieser Reihenfolge beide Einlasse aufgesteuert werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Zu den für das arme Brennstoff-Luft-Gemisch bestimmten beiden Seiteneinlaßöffnungen (8) in beiden Seitenteilen (2, 3) führen Seiteneinlaßkanäle (17), die jeweils in Kolbendrehrichtung tangential zur Gehäusemantel-Innenwandung (1) und entlang den Innenwandungen der Seitenteile (2, 3) gerichtet in die Ansaugkammern (13) münden;

b) zu den für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch bestimmten beiden Seiteneinlaßöffnungen (16) in beiden Seitenteilen führt jeweils ein Seiteneinlaßkanal (20), der so angeordnet ist, daß im Zeitpunkt des Aufsteuerns der beiden Seiteneinlaßöffnungen (16) das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch in Kolbendrehrichtung tangential zur jeweiligen Kolbenflanke (IJ) und auf das voreilende Ende der jeweiligen Kolbenmulde (12) gerichtet in die Ansaugkammer (13) gelangt, und

c) die beiden Seiteneinlaßöffnungen (16) für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch sind im radial innersten Bereich der Ansaugkammer (13) angeordnet.

2. Gemischansaugende Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem exzentrisch umlaufenden, sich drehenden dreiekkigen Kolben, in dessen Flanken Kolbenmulden vorgesehen sind, und dem von Seitenteilen begrenzten Mantel eines Gehäuses, das für ein reiches Brennstoff-Luft-Gemisch in beiden Seitenteilen jeweils eine Seiteneinlaßöffnung und für ein armes Brennstoff-Luft-Gemisch einen Umfangseinlaß aufweist, der in Kolbendrehrichtung vor dem Einlaß für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch angeordnet ist, wobei in dieser Reihenfolge beide Einlasse aufgesteuert werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der nahe der kurzen Gehäuseachse im Gehäusemantel angeordnete Umfangseinlaß (24) für das arme Brennstoff-1 .uft-Gemisch besteht aus zwei Einlaßkanrlen (25), die jeweils in Kolbendrehrichtung tangential zur Gehäusemantel-Innenwandung (1) und entlang den Innenwandungen der Seitenteile (2, 3) gerichtet in die Ansaugkammer münden;

b) zu den für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch bestimmten beiden Seiteneinlaßöffnungen (16) in beiden Seitenteilen (2, 3) führt jeweils ein Seiteneinlaßkanal (20), der so angeordnet ist, daß im Zeitpunkt des Auf-

steuerns der beiden Seiteneinlaßöffnungen (16) das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch in Kolbendrehrichtung tangential zur jeweiligen Kolbenflanke (11) und auf das voreilende Ende der jeweiligen Kolbenmulde (12) gerichtet in die Ansaugkammer (13) gelangt, und

c) die beiden Seiteneinlaßöffnungen (16) für das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch sind im radial innersten Bereich der Ansaugkammer (13) angeordnet.

3. Rotationskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Kolbendrehrichtung hintere Teil der radial inneren Steuerkante (16a) der Seiteneinlaßöffnungen (16) sich mit der Kante des Kolbens (6) in dein Zeitpunkt deckt, in dem der Kolben etwa den halben Ansaughub vollendet hat.