DE2659067C3 - Kreiskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiskolben-Brennkraftmaschini; mit Schlupfeingriff zwischen einem auf einer Exzenterwelle drehend gelagerten mehreckigen Kolben und einem Arbeitskammern umschließenden, Einlaß- und Auülaßkanäle aufweisenden Gehäuse, bestehend aus Seitenteilen und einem trochoidenförmigen Mantel, in dem eine Zündkerze angeordnet ist, und mit einem ventilgesteuerten Überströmkanal, der über eine Abzugsöffnung von der Verdichtungskammer ausgehend zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal in eine Arbeitskaimmer mündet und durch welchen das Arbeitsmedium ausschließlich im Leerlauf und unteren Lastbereich zurückgeführt wird.

Bei einer aus der GB-PS 1123 503 bekannten Kreiskollben-Brennkraftmaschine dieser Art wird das Arbeitsmedium zurückgeführt, um zu verhindern, daß während der Überdeckungsphase, in der der Einlaßkanal und der Auslaßkanal miteinander verbunden sind, wegen des Druckgefälles zur Ansaugkammer hin beträchtliche Mengen von Abgas in diese gelangen können, die gerade im Leerlauf und im unteren Lastbereich zu einem unruhigen Lauf führen würden. Die bekannte Kreiskolben-Brennkrafonaschine trägt aber nicht dem Umstand Rechnung, daß eine Laufunruhe nicht nur in einem zu hohen Anteil von Abgas an dem ίο Frischgas, sondern auch darin ihre Ursache haben kann, daß in der Verdichtungskammer die Zündflamme löschende Strömungen auftreten können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine der «. igangs angegebenen Art die Laufruhe zu verbessern jnd Fehlzündungen zuverlässig zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Überströmkanal nur am Ende der Verdichtungsphase geöffnet ist und daß die Mündung des Überströmkanals zwischen dem Auslaßkanal und der kurzen Achse des Gehäusemantels im Bereich der Ausstoßkammer liegt. Bei der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Brennkraftmaschine wird durch den Zeitpunkt des Aufsteuerns des Überströmkanals und durch die besondere Lage seiner Mündung zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal eine nachteilige Preßströrrung behoben, die in der Verdichtungskammer auftritt und deren Richtung der Drehrichtung des Kolbens entspricht. Diese Preßströmung führt oft dazu, daß die Flamme ausgelöscht wird, gleich nachdem sie im Bereich der Zündkerzen erzeugt worden ist.

Zweckmäßigerweise ist die Zündeinrichtung in Drehrichtung des Kolbens hinter der kurzen Achse des Gehäusemantels angeordnet.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit zwei mehreckigen Kolben, die mit einer Phasendifferenz von 180° zueinander innerhalb von zwei Arbeitskammern umschließenden, Einlaß- und Auslaßkanäle aufweisenden Gehäusen umlaufen, mit zwei ventilgesteuerten Überströmkanälen vorgesehen, daß der erste Überströmkanal die von dem ersten Kolben gebildete Verdichtungskammer mit der von dem zweiten Kolben gebildeten Ausstoßkammer und der zweite Überströmkanal die von dem zweiten Kolben gebildete Verdichtungskammer mit der von dem ersten Kolben gebildeten Ausstoßkammer verbindet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 4 beschrieben worden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 in einem Diagramm die Abhängigkeit des Verhältnisses des Restgasanteils zu dem höchstzulässigen Restgasanteil von dem Füllgrad der Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Indikatordiagramm für eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit einem einzigen Kolben,

Fig.3 einen Schnitt durch eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine,

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit zwei Kolben,

Fig.5 eine schematische Darstellung verschiedener Stellungen der Kolben der Kreiskolben-Brennkraftma- b'i schine nach F i g. 4,

Fig.6 ein Indikatordiagramm einer Kreiskolben-Brennkraaftmaschine mit zwei Kolben.

In Fi g. 1 ist in einem Diagramm die Abhängigkeit des

Restgasanteils R von dem Füllgrad F der Kreiskolben-Brennkraftmaschine dargestellt. Dabei ist auf der Abszisse der FüHgrad und auf der Ordinate das Verhältnis des Restgasanteils zu dem hochstzulässigen Restgasanleil R/R max. aufgetragen. Die Kurve A stellt das tatsächliche Verhältnis und die Kurve B das zulässige Verhältnis des Restgasanfils zu dem höchstzulässigen Restgasanteil, bei dem höchstens 10 Fehlzündungen in der Minuten auftreten, dar. Man erkennt, daß bei zunehmendem Füllgrad der Restgasanteil allmählich abnimmt (Kurve A) und daß bei abnehmendem Füllgrad der Kreiskolben-Brennkraftmaschine der höchstzulässige Restgasanteil abnimmt, und zwar besonders steil, wenn der Füllgred der Kreiskolben-Brennkraftmaschine unter einen bestimmten Wert sinkt (Kurve B). Aus diesem Grunde muß der Füllgrad der Kreiskolben-Brennkraftmaschine über einem Wert C gehalten werden, bei dem die Kurve A für den Restgasanteil die Kurve B für den höchstzulässigen Restgasanteil kreuzt

Das Gehäuse 1 der in F i g. 3 dargestellten Kreiskolben-Brennkraftmaschine besitzt einen mittleren Gehäuseteil, den Mantel 2 mit einer trochoidenförmigen Innenwandung 2a und zwei Gehäuseseitenteile 3, die an den entgegengesetzten Seiten des mittleren Gehäuseteils 2 befestigt sind und von denen in der Zeichnung nur einer gezeigt ist. In dem Gehäuse 1 ist ein dreieckiger Kolben 4 drehbar gelagert, dessen Ecken Aa mit der Innenwandung 2a des mittleren Gehäuseteils 2 in Gleitberührung stehen. Infolgedessen sind in dem Gehäuse 1 zwischen den Kolbenflanken Ab des KoI-. ens 4 und der Innenwandung 2a des mittleren Gehäuseteils 2 volumenveränderliche Arbeitskammern 5a, 5b und 5c vorhanden. Der Kolben 4 kann in jeder seiner Flanken 4b mit einer Vertiefung 7 ausgebildet sein.

Der Kolben 4 wird von einer Exzenterwelle 6 getragen, die einen Abtriebswellenteil 6a und einen Exzenter 6b aufweist, der den Kolben trägt. Die Drehachse 6cdes Abtriebswellenteils 6a stimmt mit der Mittellinie der Trochoide überein. Die Achse 6d des Exzenters 6b stimmt mit der Mittellinie des Kolbens 4 überein und ist gegenüber der Achse 6c des Abtriebswellenteils 6a versetzt. Die Innenwandung 2a des mittleren Gehäuseteils 2 hat die Form einer Trochoide mit einer langen Achse Ma und einer kurzen Achse Mi. Die Winkelstellung des Kolbens 4 ist durch einen Winkel θ zwischen der langen Achse Ma und einer durch die Achsen 6c und 6d der Exzenterwelle 6 gehenden Geraden bestimmt. Dieser Winkel wird nachstehend als der Drehwinkel der Exzenterweile bezeichnet.

Einer der Gehäuseseitenteile 3 ist mit einer Einlaßöffnung 8 und der mittlere Gehäuseteil 2 mit einem Auslaßkanal 9 und einer Zündkerze 10 versehen. Die Zündkerze 10 ist in Drehrichtung des Kolbens hinter der kurzen Achse Mi angeordnet. Die Einlaßöffnung 8 steht über einen Einlaßkanal 12 mit einem Vergaser 17 in Verbindung, der mit einem Drosselventil 18 versehen ist

Der mittlere Gehäuseteil 2 ist mit einer Abzugsöffnung 11 zum Abziehen von verdichtetem Gas aus der Verdichtungskammer 5a versehen. Diese Abzugsöffnung 11 steht mit der Verdichtungskammer 5a am Ende der Verdichtungsphase in Verbindung, d. h., in dem Zeitpunkt, in dem die Verdichtungskammer das kleinste Volumen hat Die Abzugsöffnung 11 ist ferner in Drehrichtung des Kolbens hinter der kurzen Achse Mi angeordnet

Die Abzugsöffnung 11 steht über ein Ventil 15, einen Oberströmkanal 14 und ein Rückschlagventil 16 mit der Mündung 13 in Verbindung. Die Mündung 13 des Oberströmkanals 14 liegt zwischen dem Auslaßkanal und der kurzen Achse Mi des Gehäusemantels 2 im Ber2ich der Ausstoßkammer. Damit möglichst viel verdichtetes Gas in die Ausstoßkammer eingeleitet werden kann, ist die Mündung 13 vorzugsweise nahe dem Auslaßkanal 9 angeordnet jedoch zweckmäßig nicht so nahe, daß über die Mündung 13 eingeleitetes Arbeitsmedium durch den Auslaßkanal 9 aus der Kreiskolben-Brennkraftmaschine austreten kann.

Das Ventil 15 steht mit dem Drosselventil 18 über eine Betätigungseinrichtung 19 in Verbindung, die bewirkt daß das Ventil 15 nur während des Betriebes der Kreiskolben-Brennkraftmaschine im Leerlauf und im unteren Lastbereich geöffnet ist Während des Betriebes der Kreiskolben-Brennkraftmaschine im Leerlauf und im unteren Lastbereich saugt die Ansaugkammer eine kleine Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch den Einlaßkanal 12 an. In der Verdichtungskammer 5a entspricht der Druck etwa dann dem atmosphärischen Druck, wenn sich die Exzenterwelle gegenüber der Stellung, die dem Überschneidungstotpunkt bzw. dem Zeitpunkt entspricht, in dem die Ansaugkammer ihr größtes Volumen hat, um etwa 150 bis 180° gedreht hat. Diese Stellung des Kolbens ist in Fig.3 durch ausgezogene Linien dargestellt.

In dem Indikatordiagramm nach Fig. 2 ist der indizierte Druck pi über dem Drehwinkel α der Exzenterwelle aufgetragen. Bei dem Drehwinke! * = Θι der Exzenterwelle entspricht der Druck p/in der Verdichtungskammer 5a dem atmosphärischen Druck. In der Ansaugkammer herrscht Unterdruck, während in der Ausstoßkammer 5c ein Druck herrscht, der dem atmosphärischen Druck entspricht.

Sobald die Mündung 13 mit der Ausstoßkammer 5c in Verbindung steht, strömt verdichtetes Gas aus der Verdichtungskammer 5a in die Ausstoßkammer 5c, so daß in dem vorlaufenden Teil der Ausstoßkammer 5c vorhandenes Verbrennungsgas durch unverbranntes Arbeitsmedium ersetzt wird, das von der Verdichtungskammer 5a zurückgeführt wird. Diese Rückströmung des verdichteten Arbeitsmediums dauert an, bis sich der Kolben 4 in die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Stellung 4" gedreht hat, in welcher die Abzugsöffnung 11 nicht mehr mit der Verdichtungskammer 5a in Verbindung steht. Diese Stellung entspricht der in Fig. 2 angegebenen Winkelstellung Θ3. In dieser Stellung steht die Abzugsöffnung 11 zwar mit der Ansaugkammer 5b in Verbindung, doch kann keine Strömung aus der Ansaugkammer 5b in die Ausstoßkammer 5c stattfinden, weil der Druck der Ansaugkammer 5b niedriger ist als der Druck in der Ausstoßkammer 5c.

Das in der beschriebenen Anordnung aus der Verdichtungskammer zurückgeführte verdichtete Arbeitsmedium nimmt am Ende der Ausstoßphase jenen Teil des Volumens der Ausstoßkammer ein, der sonst von dem Verbrennungsgas eingenommen würde, wenn dieses von dem Kolben in den Einlaßbereich geschoben wird. Wie aus der Kurve D in F i g. 1 hervorgeht, kann durch die beschriebene Anordnung die Menge des übertretenden Verbrennungsgases beträchtlich herabgesetztwerden.

Da ein Teil des verdichteten Arbeitsmediums durch die Abzugsöffnung 11 aus der Verdichtungskammer ausströmen kann, wird die von der nachlaufenden zu der

vorlaufenden Seite hin gerichtete Preßströmung so weit geschwächt, daß sie die Flamme nicht auslöschen kann.

Das in der Verdichtungskammer vorhandene verdichtete Arbeitsmedium wird im richtigen Zeitpunkt durch die Zündkerze 10 gezündet, wobei die von der nachlaufenden zu der vorlaufenden Seite gerichtete Preßströmung und die sehr flache Form der Arbeitskammer verhindern, daß die Flamme bis in den Bereich der Abzugsöffnung 11 gelangt. Infolgedessen kann die Flamme nicht durch die Abzugsöffnung 11 hindurchschlagen.

In den Fig.4 und 5 ist eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit zwei Kolben dargestellt. Die Kreiskolben-Brennkraftmaschine besitzt zwei Gehäuse 10!s und 101 6, die je einen mittleren Gehäuseteil, nämlich den Gehäusemantel 102a bzw. 1020 aufweisen. An der einen Seite des mittleren Gehäuseteils 102a ist ein Gehäuseseitenteil 103a befestigt. Die andere Seite des mittleren Gehäuseteils 102a ist an einer Seite eines Gehäuseseitenteils 103cangebracht, der den beiden Gehäusen 101a und 1016 gemeinsam ist. Der mittlere Gehäuseteil 1026 ist auf der einen Seite an der anderen Seite des Gehäuseseitenteils 103c und auf der anderen Seite an einem weiteren Gehäuseseitenteil 1036befestigt.

Jeder der mittleren Gehäuseteile 102a und 1026 hat eine trochoidenförmige Innenwandung und enthält einen drehbar gelagerten dreieckigen Kolben 104a bzw. 1046, dessen Ecken mit der trochoidenförmigen Innenwandung des mittleren Gehäuseteils in Gleitberührung stehen, so daß in den Gehäusen volumenveränderliche Arbeitskammern 105 vorhanden sind. Die Kolben 104a und 1046 sind in bekannter Weise auf der Exzenterwelle 106 derart befestigt, daß sie mit einer Phasendifferenz von 180° gleichzeitig umlaufen. Die Gehäusesehenteile 103a, 1036 und 103c sind mit Einlaßkanälen 108a und 1086 für das Gehäuse 101a bzw. 1016 ausgebildet. Die mittleren Gehäuseteile 102a und 1026 weisen je einen Auslaßkanal 109a bzw. 1096 auf, von denen jeder so angeordnet ist, daß sie von einer Arbeitskammer getrennt werden, wenn sich die Exzenterwelle aus der dem Zündtotpunkt entsprechenden Stellung um 60° gedreht hat.

jeder der mittleren Gehäuseteile 102a und 1026 ist mit einer Abzugsöffnung Π la und 1116 versehen, die zu einem Ventil 115a bzw. 1156 führt und zum Abziehen von verdichtetem Arbeitsmedium aus der Verdichtungskammer dient. Jeder mittlere Gehäuseteil 102a bzw. 1026 ist ferner mit einer Mündung 113a bzw. 1136 versehen, deren Überströmkanäle mit einem Rückschlagventil 116a bzw. 1166 aufweisen. Die Ventile 115a und 1156 können mit nicht dargestellten Drosselventilen der Kreiskolben-Brennkraftmaschine derart gekuppelt sein, daß die Ventile 115a und 1156 nur während des Betriebes der Kreiskolben-Brennkraftmaschine im Leerlaufund im unteren Lastbereich geöffnet sind.

Die Abzugsöffnung lila des mittleren Gehäuseteils 102a steht über einen ersten Oberströmkanal 114a mit der Mündung 1136 des mittleren Gehäuseteils 1026 und dessen Abzugsöffnung 1116 über einen zweiten Überströmkanal 1146 mit der Mündung 113a des mittleren Gehäuseteils 102a in Verbindung.

In dem Diagramm der F i g. 6a sind die Veränderungen des Druckes p/in den Arbeitskammern dargestellt Dabei beziehen sich die ausgezogenen Linien auf die Arbeitskammern des Gehäuses 101a und die gestrichelten Linien auf die Arbeitskammern des Gehäuses 1016.

In dem Diagramm der Fig.6b sind die Veränderungen des Druckes pi an der Abzugsöffnung lila und an der Mündung 1136 dargestellt. Der Druck an der Abzugsöffnung lila des ersten Gehäuseteils 102a ist durch die Kurve A"und der Druck an der Mündung 1136 des zweiten Gehäuseteils 1026 durch die Kurve Y dargestellt.

Zunächst sei die in Fig.5a dargestellte und dem Drehwinkel Θ\ der Exzenterwelle entsprechende Stellung des Kolbens betrachtet. In dieser Stellung entspricht der Druck in der Verdichtungskammer 105a des Gehäuses 101a im wesentlichen dem atmosphärischen Druck. Die Ansaugkammer 1056 des Gehäuses 10! 3 befindet sich im Beginn der.Ansau°Ohase so daß in dieser ein Unterdruck herrscht. In der Ausstoßkammer 105c herrscht im wesentlichen atmosphärischer Druck. Die Verdichtungskammer 105a des Gehäuses 101a ist über die Abzugsöffnung lila mit der Ausstoßkammer 105a'und die Abzugsöffnung 1116 in der Verdichtungskammer 105a' mit der Ausstoßkammer 105c des Gehäuses 101a verbunden. Wenn sich die Kolben 104a und 1046 über die in Fig. 5a dargestellten Stellungen hinaus drehen, steigt der Druck in der Verdichtungskammer 105a bald über den atmosphärischen Druck hinaus an, so daß verdichtetes Arbeitsmedium aus der Verdichtungskammer 105a abgezogen und in die Ausstoßkammer 105a'eingeleitet wird. Dieses Einleiten von verdichtetem Arbeitsmedium in die Ausstoßkammer 105a' dauert an, bis die Exzenterwelle 106 den Drehwinkel Θ₂ erreicht hat, bei welcher die Verbindung der A^zugsöffnung lila des Gehäuses 101a mit der Verdichtungskammer 105a unterbrochen und mit der Ansaugkammer 1056 hergestellt wird. Da in diesem Zeitpunkt der Druck in der Ansaugkammer 1056 des Gehäuses 101a niedriger ist als der atmosphärische Druck, wird die Strömung von verdichtetem Arbeitsmedium aus dem Gehäuse 101a in das Gehäuse 1016 zu diesem Zeitpunkt unterbrochen (F i g. 5c).

Diese Ausführungsform mit zwei Kolben weist

-to gegenüber der zuvor beschriebenen den Vorteil auf, daß verdichtetes Arbeitsmedium während eines längeren Zeitraums in eine Ausstoßkammer zurückgeführt werden kann als bei der zuvor beschriebenen Ausführungsiorm mit nur einem Kolben, so daß eine größere Menge von Verbrennungsgas durch frisches Arbeitsmedium ersetzt werden kann und der Restgasanteil beträchtlich herabgesetzt wird.

Die Abzugsöffnungen lila und 1116 sind so angeordnet, daß sie im Zündtotpunkt mit der Verdichtungskammer in Verbindung kommen. Daher ist im Zündtotpunkt jede der Abzugsöffnungen lllaund 1116 zwischen der kurzen Achse des Gehäusemantels und der nachlaufenden Ecke des Kolbens angeordnet, und vorzugsweise von der Mitte zwischen der kurzen Achse des Gehäusemantels und der nachlaufenden Ecke des Kolbens etwas in dessen Drehrichtung versetzt Insbesondere ist diese Öffnung vorzugsweise so angeordnet daß ihre Verbindung mit der Verdichtungskammer unterbrochen wird, wenn sich die Exzenterwel- Ie aus der dem Zündtotpunkt entsprechenden Stellung um 105° gedreht hat

Die Mündungen 113a bzw. 1136 sind so anzuordnen, daß sie sich zwischen dem Auslaßkanal 109a bzw. 1096 und der kurzen Achse Mi und mit derselben Arbeitskammer in Verbindung steht wie der Auslaßkanal, nämlich mit der Ausstoßkammer.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem auf einer Exzenterwelle drehend gelagerten mehreckigen Kolben und einem Arbeitskammern umschließenden, Einlaß- und Auslaßkanäle aufweisenden Gehäuse, bestehend aus Seitenteilen und einem trochoidenförmigen Mantel, in dem eine Zündkerze angeordnet ist, und mit einem ventilgesteuerten Überströmkanal, der über eine Abzugsöffnung von der Verdichtungskammer ausgehend zwischen dem Einlaßkana! und dem Auslaßkanal in eine Arbeitskammer mündet und durch welchen das Arbeitsmedium ausschließlich im Leerlauf und unteren Lastbereich zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (14) nur am Ende der Verdichtungsphase geöffnet ist und daß die Mündung (J3) des Überströmkanals (14) zwischen dem Auslaßkanal (9) und der kurzen Achse (Mi) des Gehäusemantels (2) im Bereich der Ausstoßkammer liegt.

2. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (10) in Drehrichtung des Kolbens (4) hinter der kurzen Achse (Mi) des Gehäusemantels (2) angeordnet ist

3. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2 mit zwei mehreckigen Kolben, die mit einer Phasendifferenz von 180° zueinander innerhalb von zwei Arbeitskammern umschließenden, Einlaß- und Auslaßkanäle aufweisenden Gehäusen umlaufen, mit zwei ventilgesteuerten Überströmkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Überströmkanal (114a,) die von dem ersten Kolben (IMa) gebildete Verdichtungskammer (105;i7 mit der von dem zweiten Kolben (1046,) gebildeten Ausstoßkammer (\05c') und der zweite Überströmkanal (1140^ die von dem zweiten Kolben (1046,) gebildete Verdichtungskammer (105a V mit der von dem ersten Kolben (104a,) gebildeten Ausstoßkammer (105c,) verbindet.

4. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (114a, il4b) an die Verdichtungskammern derart angeschlossen sind, daß ihre Verbindungen mit diesen unterbrochen werden, wenn sich die Exzenterwelle (106) nach dem jeweiligen Zünd-Totpunkt um etwa 105° gedreht hat.