DE2654543B2 - Luftverdichtende Kreiskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Epitrochoiden-Bauart mit Brennstoffeinspritzung mit Schlupfeingriff zwischen einem eine Brennstoffdüse aufweisenden mehrbogigen Gehäusemantel und einem mehreckigen Kolben, welcher in den Wandungen seiner Flanken jeweils einen Luftführungskanal hat, der in eine im voreilenden Flankenbereich befindliche, rotationssymmetrische Wirbelkammer etwa tangential einmündet, die zur Flankenoberfläche hin eine Einschnürung aufweist.

Eine derartige Kreiskolben-Brennkraftmaschine ist bereits durch die DE-OS 1 451 790 bekannnt. Bei ihr sind in den Wandungen der einzelnen Flanken des mehreckigen Kolbens jeweils offene und rechteckig ausgebildete Luftführungskanäle vorgesehen, in die bzw. auf deren Wandung der Brennstoff ein- bzw. aufgespritzt wird, der dann durch die geradlinig an ihm vorbeistreichende Verbrennungsluft aufbereitet und schließlich in der anschließenden Wirbelkammer verbrannt werden soll.

Durch die Anordnung konnte das durch den bei Kreiskolben-Brennkraftmaschinen vorhandenen sikkelförmigen, rechteckigen Brennraum auftretende Nageln verringert und die damit verbundenen hohen Spitzendrücke abgebaut werden. Ungeändert blieb jedoch das ungünstige Brennraumoberflächenverhältnis; denn letztlich findet die Verbrennung doch überwiegend im gesamten sichelförmigen Brennraum statt, weil durch die Zentrifugalwirkung des Kolbens der Brennstoff teilweise an den mehrbogigen Gehäusemantel geschleudertwiid. Hierdurch ist die Wärmeabfuhr an die großen Wandflächen relativ hoch, was sich vor allem in einem hohen Brennstoffverbrauch sowie in einer schlechten Brennstoffaufbereitung infolge der nicht genügend aufgeheizten Brennraumwandungen bemerkbar macht. Ferner erfolgt durch das Abschleudern des Brennstoffes eine laufende Abwaschung des Schmierölfilms und es bildet sich Ölkohle. Schließlich ist es durch die bekannte Anordnung nicht möglich, eine ausreichende Luftverwirbelung bzw. Luftgeschwindigkeit an der zur Brennstoffaufbereitung vorgesehenen Stelle zu erreichen, damit der Brennstoff intensiver mit Verbrennungsluft vermischt werden kann. Die sich hieraus ergebende schlechte Gemischaufbereitung bringt zwangsläufig auch eine schlechte Verbrennung und damit einen hohen Anteil an unverbrannt gebliebenen Brennstoffbestandteilen im Abgas mit sich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine obengenannter Art eine günstigere Gemischaufbereitung und daher eine stabilere und wirksamere Verbrennung zu erreichen.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst:

a) Der Luftführungskanal ist als Schußkanal mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, der etwa in der Mitte der nacheilenden Flankenhälfte beginnt und derart in die als Brennkammer wirkende, etwa in der Mitte der voreilenden F!ankenhälfte angeordneten Wirbelkammer einmündet, daß die Symmetrieachse des Schußkanals parallel zu einer die Symmetrieachse der Einschnürung enthaltenden Ebene versetzt ist;

b) im nacheilenden Bereich der Einschnürung in der Kolbenflanke ist eine parallel zu den KoI-benstirnwänden sich erstreckende, tangential in die Brennkammer einmündende Ausnehmung vorgesehen.

Bekanntlich unterteilt der mehreckige Kolben im Laufe seiner Drehung den gesamten Kompressionsraum zwischen einer seiner Flanken und dem Gehäusemantel in zwei, sich in ihrem Volumen verändernde Teilräume. Der in Drehrichtung des Kolbens voreilende Teilraum wird vergrößert und der nacheilende Teilraum verkleinert. Durch die vom Kolben zunächst in den nacheilenden Teilraum verdrängte Verbrennungsluft ergibt sich also zwischen diesem und dem voreilenden Teilraum ein hohei Differenzdruck, der nach der Erfindung ausgenützt wird, um die Verbrennungsluft durch den Schußkanal mit kreisförmigem Querschnitt mit hoher Geschwindigkeit in die Wirbelkammer einströmen zu lassen. Durch die Versetzung der Symmetrieachse des Schußkanals wird so in der Wirbelkammer eine heftige Drehbewegung der Verbrennungsluft und damit eine gute Gemischaufberei- > tung erzielt. Der Brennstoff wird dabei direkt in die nunmehr als reine Brennkammer dienende Wirbelkammer eingespritzt, und zwar teilweise durch die im Bereich der Einschnürung in die Brennkammer ein-

mündende Ausnehmung, In der Brennkammer wird er durch die Zentrifugalkraft der Luftdrehung in der Nähe der Brennkammerwandung gehalten und zu einem brennbaren Gemisch aufbereitet. Ein Herausschleudern an den Gehäusemantel entfällt also, so daß die Verbrennung tatsächlich nur in der Wirbelkammer, deren Wandung schnell aufgeheizt ist, erfolgt.

Als ausgestaltende Weiterbildung soll der Brennstoffstrahl in Wirbeldrehrichtung geneigt etwa tangential auf die Brennkammerwandung auftreffen und dort einen Film bilden. In diesem Falle verdampft der Brennstoff und wird durch die Wirbeldrehung von der Verbrennungsluft abgelöst, mit ihr vermischt und schließlich in der Nähe der Brennkammerwandung verbrannt. Die spezifisch leichteren verbrannten Gase werden zur Brennkammermitte hin gedrängt und von dort durch die Einschnürung ausgeschoben. Hierdurch erfolgt eine geordnete Gemischaufbereitung und Verbrennung ohne zu hohe Druckspitzen.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, daß der Brennstoffstrahl etwa in die Mitte der Brennkammer gerichtet ist, da dort die intensivste Wirbeldrehung und damit die bestmöglichste Gemischauftereitung erfolgt.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels entnommen werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Teil einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Einrichtung im Schnitt, wobei der Kolben die Stellung einnimmt, in der die Brennstoffeinspritzung erfolgt,

Fig. 2 den Teil der Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Fig. 1, wobei sich der Kolben in einer Stellung befindet, in der die Verbrennung stattfindet,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Flankenoberfläche des Kolbens mit der Anordnung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist der Gehäusemantel einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Epitrochoiden-Bauart mit 1 bezeichnet, an dessen Innenwandung ein mehreckiger Kolbi.n 2 mit radialen Dichtleisten 3 entlanggleitet. Der Kolben 2 weist mehrere Flanken 4 auf, und in jeder Ranke 4 ist ein als Schußkanal mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildeter Luftführungskanal 5 vorgesehen, der etwa tangential im Äquator D einer kugelförmigen, eine Einschnürung 6 aufweisenden Wirbeikammer 9 einmündet, c. h. die Symmetrieachse der Schußkanals ist parallel zu einer die Symmetrieachse der Einschnürung enthaltenden Ebene versetzt (Fig. 3). Durch eine Brennstoffdüse 7 wird der Brennstoff in vVirbeldrehrichtung der einströmenden Verbrennungsluft etwa tangential zur Brennkammerwandung 8 der Wirbelkammer 9 eingespritzt. Die Drehrichtung des Kolbens 2 ist durch einen Pfeil 10 und der Kompressionsraum mit 11 gekennzeichnet.

In Fig. 2 sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Der Kolben 2 hat sich inzwischen um einige Grad in Richtung des Pfeils 10 gedreht und es wird deutlich sichtbar, daß sich der Kompressionsraum 11 in einen-in Drehrichtung 10 gesehen - vorderen Teilraum Ho und einen hinteren Teilraum Wb unterteilt, wobei der vordere

Teilraum Ua laufend größer und der hintere Teilraum lib kleiner wird.

In Fig. 3 ist eine Flankenoberfläche 4 des Kolbens 2 dargestellt. Man kann den kreisförmigen Schußkanal 5 erkennen, dessen Symmetrieachse parallel zu einer die Symmetrieachse der Einschnürung 6 enthaltenden Ebene versetzt ist und tangential in die Wirbelkammer 9 einmündet, wodurch in dieser eine hohe Wirbeldrehung in Richtung des Pfeils 12 erzeugt wird. Um während der Drehung des Kolbens 2 den Brennstoff in die Wirbelkammer 9 einspritzen bzw. filmartig auf die Brennkammerwandung 8 auftragen zu können, weist die Einschnürung 6 eine tangential in die Wirbelkammer 9 einmündende Ausnehmung 13 auf.

Die in Fig. I gezeigte Relativstellung des mehrekkigen Kolbens 2 zum Gehäusemantel 1 läßt erkennen, daß sich der Großteil der Verbrennungsluft praktisch im sichelförmigen Kompressionsraum 11 in Drehrichtung 10 hinter der Wirbelkammer 9 befindet. Das voreilende Drittel der Flanke 4 des Kolbens 2 hat den Kompressionsraum 11 über sich bis 7iir voreilenden radialen Dichtleiste 3 bis auf einen sctimalen, nicht zu berücksichtigenden Spalt abgesperrt. Der Anteil der in der Wirbelkammer 9 und im Schußkanal S befindlichen Verbrennungsluft ist, gemessen an dem Anteil eier Verbrennungsluft, die sich im relativ breiten, sichelförmigen Kompressionsraum 11 befindet, verhältnismäßig gering. In etwa dieser Kolbenstellung wird durch die Brennstoffdüse 7 über die Ausnehmung 13 der Brennstoff in Äquatornähe der kugelförmigen Wirbelkammer 9 auf die Brennkammerwandung 8 aufgetragen, so daß ein Brennstoffilm entsteht.

In Fig. 2 ist der Kolben 2 gegenüber dem Gehäusemantel 1 in einer fortgeschrittenen Winkelstellung dargestellt. Aus der Figur ist ersichtlich, daß der Drosselspalt zwischen der Flanke 4 und dem Gehäusemantel 1 zu deren Mitte tendiert und daß über der Wirbelkammer 9 ein zweiter sichelförmiger, vorderer Kompressionsraum 11a entstanden ist. Der ursprünglich große sichelförmige Kompressionsraum 11 über dem Eintritt des Schußkanals 5 hat sich demgegenüber verkleinert. Diese Volumenverkleinerung geht relativ schneller vor sich als die Volumenvergrößerung über der Wirbelkammer 9. Es entsteht deshJb eine Druckdifferenz zwischen dem vorderen und dem hinteren Kompressionsraum 11a und Hd, so daß eine heftige Strömung durch den Schußkanal 5 in die Wirbelkammer 9 entsteht. Mit fortschreitender Kolbenbewegung wird der hintere Kompressionsraum Hb durch die Verdrängerwirkung des Kolbens 2 ganz verschwinden und die sich darin befindliche Verbrennungsluft in den Schußkanal 5 verdrängt. Durch die tangentiale Einmündung des Schußkanals 5 in die Wirbelkammer 9 entsteht in dieser eine starke Wirbeldrehung (Pfeil 12), wodurch der verdampfende Brennstoff sukzessive vor. der Brennkammerwandung 8 abgetragen und mit der Verbrennungsluft vermischt wird. Die Gemischaufbereitung findet also nach der Verdampfung des Brennstoffs statt. Durch die hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Brennstoff und Verbrennungsluft wird eine weiche Verbrennung mit kleinem Druckanstieg erreicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Luftverdichtende Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Epitrochoiden-Bauart mit Brenn- · Stoffeinspritzung mit Schlupfeingriff zwischen einem eine Brennstoffdüse aufweisenden mehrbogigen Gehäusemantel und einem mehreckigen Kolben, welcher in den Wandungen seiner Flanken jeweils einen Luftführungskanal hat, der in '·' eine im voreilenden Flankenbereich befindliche, rotationssymmetrische Wirbelkammer etwa tangential einmündet, die zur Flankenoberfläche hin eine Einschnürung aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der Luftführungskanal (5) ist als Schußkanal mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, der etwa in der Mitte der nacheilenden Flankenhälfte beginnt und derart in die als Brennkammer wirkende, etwa in der Mitte -'" der voreilenden Flankenhälfte angeordneten Wirbeikammer (9) einmündet, daß die Symmetrieachse des Schußkanals (5) parallel zu einer die Symmetrieachse der Einschnürung (6) enthaltenden Ebene versetzt ist; ?^r>

b) im nacheilenden Bereich der Einschnürung in der Kolbenflanke (4) ist eine parallel zu den Kolbenstirnwänden sich erstreckende, tangential in die Brennkammer (9) einmündende Ausnehmung (13) vorgesehen. «'

2. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstrahl in Wirbeldrehrichtung (12) geneigt etwa tangential auf die Brennkammerwandung (8) auftrifft und dort ei!>-n Film bildet. i">

3. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftreffpunkt des Brennstoffstrahls auf dje Brennkammerwandung (8) etwa in Höhe des Äquators (D) der Brennkammer (9) ■»> liegt.