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KREISKOLBENMOTOR
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiskolbenmotor mit den Merkmalen
des Oberbegriffe des Anspruchs 1. Ein solcher Motor wird nach seinem Erfinder auch
als Wankelmotor bezeichnet. Er ist in der Fachliteratur ausführlich beschrieben,
sodaß seine Funktion als bekannt vorausgesetzt werden kann.
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Sei einer bekannten Ausführung eines solchen Kreiskolbenrotors sitzt
die Zündkerze in einer Bohrung, die etwa radial i Eehäuse angeordnet ist und eine
Vorzündkammer bildet, von der ein sogenannter Schukanal in die @antelfläche des
in das @ehäuse eingearbeitEten Hohlraumes und damit in die Arbeitskemmer des rotors
mündet. Der Zündvorgang läuft dabei so ab, da3 zunächst von dem Kolben verdichtetes
Frischgas durch den schußkanal in die Zündvorkammer geschoben wird, in der die Elektroden
der Zündkerze liegen. Curch den Zündfunken wird dieses Gas in der Zündvorkammer
gezündet und schießt dann wie eine Stichflamme durch den Schußkanal in die eigentliche
Arbeitskammer des Motors und entflammt dort das übrige Kraftstoffluftgemisch.
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Cer Zündvorgang und der sich anschließende Verbrennungsvorgang ist
bei diesen bekannten Ausführungen nicht optimal.
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Die Temperatur des Abgeses ist mit etwa 1200 °C sehr hoch, was darauf
hindeutet, daß der Verbrennungsvorgang in der
Arbeitskarllmer nicht
vollständig aboeschlossen ist. Damit verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Motors.
Die erhöhte Abgastemperatur wirkt sich besonders nachteilig aus, wenn ein Abgasturbolader
nachneschaltet wird, der bei hohen Temperaturen überlastet wird und dann nur eine
geringe Lebensdauer aufweist.
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Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, den Verbrennungsvorgang zu
optimiEren. Der Verbrennunqsvorgang kann natürlich mit einem fetteren Gemisch verbessert
werden, doch wird damit der Kraftstoffverbrauch erhöht. Außerdem hat man spezielle
Zündkerzen entwickelt und die Anordnung der Zündkerze variiert.
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ei einem Versuch wurde die Kerze in einer Bohrung ohne SchuE-kanal
so angeordnet, daß zwischen den Elektroden der Zünderze und der Mantelfläche der
Arbeitskammer der übliche Abstand vorhanden war. 3ei einer solchen Kerzenposition
strömt jedoch aufgeheiztes Gas beim Überfahren der Dichtleiste über die Kerzenbohrung
in die ansaugende Arbeitskammer, wodurch das Frischgas dort so aufgeheizt wird,
daß es sich selbEt entzündet und der Motor anfängt zu dieseln. Derartige Versuche
haben also nicht den geuünschten Gesanterfolo gebracht und wurden bald wieder aufgegeben.
Bei den serienmäßigen Kreiskolbenmotoren sitzt die Zündkerze immer in einer Zündvorkammer,
die über einen Schußkanal mit der Arbeitskammer verbunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verbrennungsvorgang
zu optimieren, damit en Wirkungsgrad eines solchen Kreiskolbenmotors zu erhöhen
und die Abgastemperatur
soweit herabzusetzen, daß ein nachgeschaltcter
Abgasturbolader nicht überlastet wird.
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Diese Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Da die Zündkerzenelektroden erfindungsgemäß sehr
nahe, d.h. im Idealfall bündig an der Mantelfläche der Arbeitskammer angeordnet
sind, wird der Zündfunke unmittelbar in die Arbeitskammer eingeleitet. Gamit erreicht
man ein rasches Durchbrennen des Gemisches in der Arbeitskamaner auch bei hüheren
Drehzahlen. Da die Bohrung in Gehäuse durch die Zündkerze bzw. deren Isolierkörper
nahezu vollständig aboeschlossen ist, kann auch kein erhitztes Gas zurückströmEn
und das angesaugte Gemisch entzünden.
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Der Grundgedanke der Erfindung entspricht dabei in einigen Punkten
nicht den bisher üblichen Überlegungen. Bei den bekannten Ausführungen sorgt nämlich
der Schußkanal dafür, daß sich Turbulenzen des Frischgases nicht zu den Zündelektroden
fortpflanzen. Bei einer Verlegung der Zündkerzenelektroden direkt an die Mantelfläche
der Arbeitskammer war zu befürchten, daß aufgrund dieser Turbulenzen Zündaussetzer
auftreten, was die Versuche aber nicht bestätigt haben.
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Auch die bisherioen Überlegungen hinsichtlich der Auslegung der Vorzündkammer
treffen auf die vorliegende Erfindung nicht zu. Das Volumen dieser Vorzündkammer
wurde nämlich bisher so bemessen, ca auch bei höheren Drehzahlen eine ausreichende
Füllung gewährleistet ist. Das Volumen der Vorzündkammer
durfte
also einen bestimmten Wert, der natürlich auch vom Querschnitt des Schußkanals abhängt,
nicht übersteigen.
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Andererseits kann aber das Volumen der Zündkammer auch nicht beliebig
verkleinert erden, weil dann das Verhältnis von Volumen zu Oberflache so ungünstig
wird, daß wegen einer zu großen Wärmeabfuhr an das Gehäuse die Zündung des Hauptgemisches
erschwert wird. Im Geoenoatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung eine möglichst
kleine Zündvorkammer angestrebt, wobei man sich als Zündvorkammer den geringen Spalt
vorstellen kann, der bei der erfindunosoemäßen Ausführung zuischen den Elektroden
und der Mantelfläche meßbar ist, wenn aufgrund unvermeidlicher Toleranzen diese
Elektroden nicht genau in der Mantelfläche der Arbeitskammer liegen.
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Schließlich war zu befürchten, daß die empfindlichen Dichtleisten
beim Überstreichen der Zündkerzenelektroden beschädiot werden kanntEn. Dies konnte
aber durch Versuche ebenfalls widerlegt werden. Natürlich ist beim Einbau der Zündkerzen
zu beachten, daß die Elektroden nicht über die Mantelfläche hervorstehen, wobei
die Fertigungstoleranzen entsprechend zu berücksichtigen sind.
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Sofern es bei außerordentlich hohen Drehzahlen wegen der Turbulenzen
doch zu Zündaussetzern kommen sollte, wird man gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung die Zündspannung erhöhen oder den Zündweg durch konstruktive Rusgestaltung
der Kerzen verkürzen.
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Es gibt Kreiskolbenmotore, bei denen eine weitere Zündkerze
in
Kolbenlaufrichtung hinter der bisher betrachteten Hauptzündkerze angeordnet ist.
Bisher wurden beide Kerzen gleichzeitir und mit nleichlanger Funkendauer gezündet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erreicht man aber ein wesentlich
schnelleres Durchbrennen insbesondere bei einen mageren Gemisch unr/oder bei kleinem
Füllungsgra dann, uenn die Funkendauer dieser zweiten Zündkerze verlwnrert wird
oder uenn in rascher Folge mehrere Zündfunken ausgelöst werden.
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ins dafür geeignete Zündanlage ist in der DE-OS 31 29 196.1 ausführlich
beschrieben, deren Inhalt ausdrücklich in diese Anmeldung einbezogen werden soll.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand CES in cer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt
durch einen Kreiskolbenmotor üblicher Bauart und Fig.2 einen Teilschnitt im Sereich
der Zündkerze bei einer erfindungsgemäßen Ausführung.
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Man erkennt in Fig. 1 das Geh-Zuse 1 eines Kreiskolbenmotors, in den
in bekannter Weise ein Zylindrischer Hohlraum 2 eingearbeitet ist. Dieser Hohlraun
wird begrenzt von einer Mantelfläche 3, die einer Trochoiden-Leitkurve folgt. In
diesem Hohlraum läuft ein etwa dreieckiger Kolben 4 um, dessen Seitenwände 5 mit
der Mantelfläche 3 in bekannter Waise größenveränderliche, umlaufende Arbeitskammern
6, 7 und 8 abgrenzen.
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Gabei wird über einen Einlaß 9 Frischgas in die Kammer 6 angesaugt.
Dieses
Frischgas wird durch den umlaufenden Kolben 4 verdichtet. Nach der Zündung in der
Kammer 7 wird das verbrannte Gemisch aus der Kammmer ß über den Auslaß 18 ausgestoßen.
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In einer Gehäusebchrung ZU sitzt Eine Zündkerze 21 mit den Elektroden
22 und 23. Diese Elektroden sind imnrbstand von der Mantelfläche 3 der Arbeitskammer
7 in einer Zündvorkammer 24 angeordnet, von der ein Schußkanal 25 in die Arheitskammer
7 mündet.
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3ei dieser bekannten Ausführung wird durch den Kolben 4 Frischgas
er den Schußkanal 25 in die Zündvorkammer 24 gedrückt und dort zum geeigneten Zeitpunkt
gezündet. Das in der Zündvorkammer gezündete Gas muß dann durch den Schußkanal in
die Arbeitskammer eindringen, damit das Hauptgemisch gezündet wird. Durch den Schußkanal
wird also der Zündvorgang des Hauptgemisches verzögert. Dies hat die eingangs erwähnten
Nachteile. Insbesondere bei hohen Drehzahlen erreicht die entgegen der Uhrzeigerrichtung
umlaufende Arbeitskammer mit dem gezündeten Gas den Auslad, bevor das Gas vollständig
verbrannt ist.
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Fig. 2 zeigt nun einen in Fig. 1 durch einen Kreis angedeuteten Ausschnitt
bei einer erfinderischen Ausführung eines Kreiskolbenmotors. rian erkennt aus dieser
Carstellung, daß sowohl die Mittelelektrode 23 als auch die Ringelektrode 22 bündig
mit der Mantelfläche 3 angeordnet sind. Die Zündkerze 21
füllt
die Bohrung 28 im Gehäuse 1 nahezu vollstandig aus.
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Der Isolierkörper 38 der Zündkerze 21 ragt in den Bereich zwischen
drn Elektroden 22,23, sodaß allenfalls ein ganz schmaler spalt 31 zur Mantelfläche
3 vorhanden ist. Damit uird der Zündfunke unmittelbar in die Arbeitskammer 7 einseleitet,
wie das in der Zeichnung angedeutet ist. Dabei ist die radiale Ausdehnung dieses
Spaltes zwischen den Elektroden @äglichst klein, damit ein energiereicher Zündfunken
erzeugt ird. Damit wird eine einwandfreie Zündung auch bei Turbulenzen das Gasgemisches
erreicht, insbesondere wenn zusätzlich noch gegenüber den bekannten Anlagen eine
wesentlich erhöhte Zündspannen den Elektroden userührt wird.
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Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die in der Zeichnung
dargestellte Berzenkonstruktion eingeschränkt.
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Wichtig ist lediglich, daß möglichst beide Elektroden nahe an der
Mantelfläche angeordnet sind daß zwischen den Elektroden kein allzugroßer freie-
Raum verbleibt, aus dem erhitztes Gas nach dem Überstreichen der Dichtleiste in
die Ansaugkammer 6 zurückstromen könnte.
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Die weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bezüglich der
Zündung der zweiten Kerze ist in der Zeichnung nicht angedeutet, weil der Fachmann
die entscheidenden Anregungen aus der bereits erwähnten älteren Patentanmeldung
entnehmen kann.
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- L e e r s e i t e -