DE2511689C3

DE2511689C3 - Kreiskolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2511689C3
Application number: DE2511689A
Authority: DE
Inventors: Walter 2105 Seevetal Franke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-18
Filing date: 1975-03-18
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2511689A1; DE2511689B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem auf einer Exzenterwelle sich drehenden dreieckigen Kolben und einem Arbeitskammern umschließenden, eine Zündoder Einspritzeinrichtung aufweisenden Gehäusemantel, in welchem im Bereich der kleinen Mantelachse eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung für das Arbeitsmedium angeordnet sind, mit im Bereich der Ansaug- und Kompressionskammer bzw. Expansions- und Ausstoßkammer in einem Seitenteil befindlichen Zusatzöffnungen für Druckluft

Eine derartige Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Einspritzeinrichtung ist aus der US-PS 34 05 692 bekannt Die durch die Einlaßöffnung zugeführte Luft wird bei dieser bekannten Ausführung durch eine in einem Seitenteil der Ansaug- bzw. Kompressionskammer angeordnete Zusatzöffnung teilweise in eine Hilfsmaschine aufgenommen, deren Kolben von der Exzenterwelle angetrieben wird, wobei eine Übersetzung vorgesehen ist, derart, daß diese in die Hilfsmaschine genommene Luft nach Abschluß der Einlaßöffnung in die Kompressionskammer zurückgeführt wird.

Die Zusatzöffnung befindet sich bei dieser Ausführungsform im Seitenteil nahe dem Gehäusemantel. Aus der genannten Patentschrift ist es auch bekannt, diametral zur genannten Zusatzöffnung etwa im Bereich der größeren Mantelachse eine weitere Zusatzöffnung anzuordnen, die mit einer entsprechenden Hilfsmaschi-■> ne verbunden ist und die expandierenden Gase aufnimmt, so daß diese Hilfsmaschine noch Leistung an die Hauptmaschine übertragen kann. Diese expandierenden Gase werden aus der Expansionskammer übernommen und dann in die Ausstoßkammer zurück- ο gespeist, so daß sie aus der Auslaßöffnung austreten.

Bei dieser bekannten Ausführung werden die Zusatzöffnungen von dem Kolben gesteuert, wobei die in die Ansaug- bzw. Kompressionskammer mündende Zusatzöffnung so angeordnet ist, daß sie geschlossen wird, wenn die Einspritzung erfolgt Aus der genannten

Patentschrift ist es auch bekannt beide Hilfsmaschinen JM vereinigen, wobei jedoch für beide Zusatzöffnungen

verschiedene Arbeitsräume vorgesehen sind.

Diese bekannte Ausführung ermöglicht weder eine

Kühlung des Kolbens noch eine besondere Schichtladung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiskoiben-Brennkraftmaschine der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei welcher eine günstigere Verbrennung und saubere Abgase bei verbesserter Kolbenkühlung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Ansaug- und Kompressionskammer einerseits und der Expansions- und Ausstoßkammer andererseits

jo jeweils ein in Umfangsrichtung hintereinander angeordnetes Zusatzöffnungspaar im radial inneren Bereich zugeordnet ist

Durch Zusatzöffnungspaare wird erreicht, daß eine bestimmte Steuerung der Druckluft durchgeführt

«5 werden kann, indem schon aufgrund der Anordnung der beiden Zusatzöffnungen jeden Paares diese in bezug zur Kolbenstellung zu verschiedenen Zeitpunkten wirksam werden können, wobei darüber hinaus für eine öffnung eine der Kolbensteuerung überlagerte Steuerung durch Ventile möglich ist Die Anordnung eines Zusatzöffnungspaares in einem radial iniwrsn Bereich einer Kammer gewährleistet dabei, daß die Druckluft im inneren Bereich der Kammer zugeführt wird und in diesem Bereich eine Abmagerung des Gemisches erfolgt Dadurch wird zugleich der Kolben wirksam gekühlt Ferner wird eine radiale Gemisch- und Luftschichtung erreicht bei der sich das fettere Gemisch radial außen im Bereich des Gehäusemantels anreichert Dadurch bewirkt die Druckluft nicht nur die Kühlung des Kolbens, sondern im Augenblick der Zündung ist vor einer Zündeinrichtung auch ein fetteres Gemisch vorhanden. Hierdurch wird die Leistung verbessert Das Zusatzöffnungspaar, das mit der Expansions- und Ausstoßkammer zusammenwirkt, stellt dabei sicher, daß die eine öffnung in den Expansionsraum einspeist und die Verbrennungsgase oxydiert, während die andere öffnung einen Spüleffekt bei schon offener Auslaßöffnung bewirkt Beide Effekte ermöglichen eine günstige Nachverbrennung.

bo Aus der DE-OS 24 24 122 ist eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine bekannt, bei zur Vermeidung einer Rückführung von Abgas in die Ansaugkammer zwischen Ein- und Auslaßöffnung eine zusätzliche Einspeisungsöffnung vorhanden ist, die in einer Ausführung nur

b5 Druckluft zuführt und in einer anderen Ausführung auch ein Gemisch einspeist Diese Einspeisungsöffnung mündet in der Lauffläche, sie ist daher nicht in der Lage, das Gemisch gerade im inneren Bereich abzumagern.

Das durch die zusätzliche Einspeisung eingeführte Medium trennt die Ausstoßkammer von der Ansaugkammer, wobei zunächst in die Ansaugkammer eingespeist wird und dann in die Ausstoßkammer, wodurch entweder die zugeführte Druckluft die Abgase mit Luft anreichert und austreibt, oder ein schwaches Gemisch noch eine Nachverbrennung begünstigt Die angesprochene Schichtung, die durch diese Einspeisung erreicht wird, ist auf die Umfangsrichtung bezogen.

Eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach der DE-OS 2414 591 hat zwei Gemisch-Einspeisungen, wobei fettes Gemisch ebenfalls in Umfangsrichtung verteilt wird und das fettere Gemisch durch einen Hilfseinlaßkanal zum vorderen Teil der Arbeitskammer in ihrem radial inneren Bereich geleitet wird.

Durch die Erfindung wird demgegenüber eine radiale Schichtung eingeführt, die im übrigen auch hinsichtlich des spezifisichen Gewichtes der- Luft und des fetteren Gemisches beim Umlauf eingehalten wird.

Durch die Anordnung eines Zusatzöffnungspaares in ihrem radial inneren Bereich wird ferner bewirkt, daß im Gegensatz zur bekannten Ausführung ein abgemagerter Teil der Ladung zunächst an der Zündeinrichtung vorbeigeht und dann während der Zündung ein Bereich mit fetterem Gemisch an der Zündeinrichtung' vorhanden ist

Ein besonderer Vorteil ist, daß von den Zusatzöffnungspaaren jeweils eine Zusatzöffnung in die noch mit der Einlaßöffnung in Verbindung stehende Ansaugkammer bzw. in die bereits mit der Auslaßöffnung verbundene Ausstoßkammer mündet wobei für diese Zusatzöffnungen in Abhängigkeit von der Leistung oder Drehzahl der Exzenterwelle eine der Kolbensteuerung überlagerte Steuerung vorgesehen ist durch welche bei höherer Drehzahl oder Leistung eine vermehrte Luftmenge einspeisbar ist Eine solche Regelung kann durch Ventile, die vor jeweils einer Zusatzöffnung eines Zusatzöffnungspaares angeordnet sind, erreicht werden. Dabei wird bevorzugt, daß Ventile für die drehzahl- oder leistungsabhängigen, unter der überlagerten Steuerung stehenden Zusatzöffnungen mittels Stellvorrichtungen für die Ventile über ein Betätigungsglied nacheinander betätigbar sind.

Durch diese Ausführung wird die erwähnte Schichtladung nicht nur aufrechterhalten, sondern es wird auch ein Vorbeigang der sogenannten abgemagerten Ladung an der Einspritzeinrichtung im Vorlaufabschnitt der Arbeitskammer bei verschiedenen Betriebszuständen verbessert Bezüglich der Einspeisung in den Expansionsraum wird nicht nur eine Nachverbrennung im Auslaß ermöglicht, was für die Abgasreinheit erforderlich ist sondern die zusätzliche Einspeisung durch die öffnung der weiteren Zusatzöffnung, wenn die Arbeitskammer bereits als Ausstoßkammer wirkt ergibt zusätzlich eine Spülwirkung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine im Schnitt und in schematischer Darstellung,

Fig,2 — 5 schematische Vorderansichten einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine im Schnitt in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung,

F i g. 6 eine schematische Darstelluni; eines Drosselpedals mit elektrischen Mitteln zur Betätigung von Ventilen in Kanälen zur Zuführung von Druckluft

In F i g. 1 ist der allgemeine Aufbau einer Kreiskol

ben-Brennkraftmaschine gezeigt Ein Gehäuse I besteht aus einem Gehäusemantel 11 und Seitenteilen 2, 3 mit Lageröffnungen 4,5, in denen Lagerflansche 6,7 für die Exzenterwelle 8 gelagert sind, auf einem Exzenter 9 ist ^r, der dreieckige Kolben IO geführt Die Exzenterwelle 8 hat an einem herausgeführten Ende ein Schwungrad 12 mit einer Außenverzahnung als Antriebselement Auf einem in das Gehäuse hineinragende Abschnitt des Lagerflansches 6 ist ein Ritzel 15 angeordnet Ein

ίο entsprechendes Ritzel 15' kann auf dem Lagerflansch 7 vorgesehen sein. In dem Kolben 10 sind Hohlräder 16, 17 fest angeordnet die mit dem Ritzeln 15,15' kämmen. Das Kolbenlager läuft auf dem Exzenter 9. Durch den Eingriff der Hohlräder in die Ritzel wird die

ι -i Exzenterwelle angetrieben.

Entsprechende Teile sind in den Fig.2 bis 5 dargestellt

Der dreieckige Kolben läuft an der inneren Wand 20 des Gehäusemantels um.

In dem Gehäusemantel 11 sind eine Einlaßöffnung 21 für das Arbeitsmedium, nämlich Brennstoff-Luft-Gemisch oder Luft und eine Auslaß" ;7nung 22 für die Abgase angeordnet Der Kolben 10 leüt den Arbeitsraum 23, der vom Gehäusemantelumfang geschlossen wird, in verschiedene Arbeitskammern. Diese werden durch an den drei Ecken des Kolbens angeordnete Dichtesten 24,25,26 voneinander getrennt

Etwa gegenüber den Einlaß- und Auslaßöffnungen 21, 22 ist im Bereich der kleinen Mantelachse eine

jo Zündeinrichtung 27 angeordnet welche, wenn durch die Einlaßöffnung Luft angesaugt wird, auch als Einspritzeinrichtung ausgeführt sein kann.

Gemäß F i g. 1 sind im Seitenteil 3 von beiden Zusatzöffnungspaaren 41, 37 bzw. 39,40(Fi g. 2) zwei

ji schlitzförmige Zusatzöffnungen 40, 41 sichtbar, die durch Kanäle 30, 31 von einer Druckluftquelle 62 gespeist werden. In den Kanälen 30, 31 sind beispielsweise Ventile 32, 33 angeordnet die in Abhängigkeit von der Drehzahl der Exzenterwelle oder aber auch von der Leistung der Maschine sieuerb sr sind. Die Übertragungsglieder sind zunächst nicht näher dargestellt weil sie sich einfach herleiten lassen. Es beoleht die Möglichkeit in Abhängigkeit von dem sogenannten Drosselpedal dann, wenn über Halblast gearbeitet wird, eine Verstellung der Ventile 32, 33 durchzuführen. Dazu wird auf 6 verwiesen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit mittels einer drehzahlabhängigen Übertragung eine Verstellung unmittelbar von der Exzenterwelle 8 herbeizuführen, wenn eine bestimmte Drehzahl überschritten wird.

Die Zusatzöffnungen 40, 41 sind in F i g. 1 in ihrer prinzipiellen Lage gezeigt wobei erkennbar ist daß sie von dem Kolben 10 geschlossen oder freigegeben werden. Der Kolben hat an seinen Seiten Dichtungsmit tel, Η·ε den Arbeitsraum 23 abdichten. Mit den Kanälen 30, 31 steht über ein Verteilerrohr 61 eine Druckluftquelle 62 in Verbindung. Diese kann als Kompressor mit Eigenantrieb oder von der Maschine angetrieben ausgeführt sein.

Μ Die unmittelbare Steuerung der Zusatzöffnungen 40, 41 durch den Kolben 10 hat aber den Vorteil, daß Einspeisungen unmittelbar an der Kolbenstirnwand erfolgen, d. h. der Kolben wird bei dieser Ausführung noch mit gekühlt und es wird bei angesaugtem

(,5 Brennstoff-Luft-Gemisch eine Schichtladung erzeugt

Im übrigen liegen die Zusatzöffnungen je Paar so zueinander, daß sie nacheinander vom Kolben freigegeben oder geschlossen werden.

Nach Fig. 2 sind Einlaßöffnung 21 und Auslaßöffnung 22 zwischen den Dichtleisten 24,26 abgeschlossen. Dadurch werden unterhalb der Dichtleiste 26 eine Kompressionskammer 36 und unterhalb der Dichtleiste 24 eine Expansionskammer 38 abgetrennt. In der Kompressionskammer befindet sich das in einer Arbeitsstellung gemäß Fig.3 oder 5 aufgenommene Arbeitsmedium.

Zunächst ist die in die Kompressionskammer 36 mündende Zusatzöffnung 37 gemäß F i g. 2 bereits teilweise offen. Diametral dazu ist eine in die Expansionskammer 38 mündende Zusatzöffnung 39 des anderen Zusatzöffnungspaares, durch welche Druckluft in die Expansionskammer eingeblascn wird, offen, bevor diese Kammer mit v'er Auslaßöffnung 22 in Verbindung steht, aber nachdem diese Kammer von der Zündeinrichtung 27 abgeschlossen ist. Beide Zusatzöffnungen 37,39 haben verschiedene Querschnitte. Wie besonders deutlich aus F i g. 4 hervergeh!, ist der Zusatzöffn'jng 39 eine weitere Zusatzöffnung 40 zugeordnet, die dann freigegeben wird, wenn die Expansionskammer 38 zur Auslaßöffnung 22 hin offen ist, d. h. wenn diese Kammer die sogenannte AusstoQkammer bildet, die in F i g. 4 mit 44 bezeichnet ist. Bezüglich der Drehrichtung des Kolbens vor der Zusatzöffnung 37, ist eine weitere Zusatzöffnung 41 vorgesehen. Diese steht unter einer besonderen Steuerung und ist, wie aus Fig. 5 hervorgeht, dann in die Ansaugkammer 46 freigegeben, wenn diese noch mit der Ansaugöffnung 21 in Verbindung steht.

Die beiden weiteren Zusatzöffnungen 40 und 41 sind insbesondere in Abhängigkeit von der Leistung oder Drehzahl der Exzenterwelle gesteuert. In diesem Zusammenhang ist wesentlich, daß die beiden Zusatzöffnungspaare, die diametral zueinander angeordnet sind, jeweils einen Teil aufweisen, der immer eine bestimmte Einspeisung von Druckluft vorsieht, und einen anderen Teil haben, welcher leistungsabhängig mit Druckluft gespeist wird.

Aus den F i g. 2 bis 5 ergibt sich für die verschiedenen Arbeitszustände folgendes: Gemäß F i g. 2 sind die Einlaßöffnung 21 und die Auslaßöffnung 22 abgeschlossen, in der Kompressionskammer 36 vor der Kolbenflanke 42 erfolgt die Verdichtung. Dabei ist die Zusatzöffnung 37 bereits teilweise offen, so daß eine Überladung mit Druckluft von einem nicht näher dargestellten Kompressor her erfolgt. Die andere Zusatzöffnung 41 dieses Paares ist geschlossen, was auch für die diametral gegenüberliegend angeordneten Zusatzöffnungen des anderen Paares gilt.

Gelangt der Kolbo in die Stellung gemäß F i g. 3, hat die Kompressionskammer 43 gemäß Fig.3 ein kleineres Volumen als nach Fig.2 die Kompressionskammer 36. In der folgenden Beschreibung werden jeweils immer die von der Kolbenflanke 42 gebildeten Arbeitskammern betrachtet. Diese Kompressionskammer gelangt in den Bereich der Zündeinrichtung 27. Gemäß Fig.4 erstreckt sich die Kammer vor der Kolbenflanke beidseitig über die Zündeinrichtung 27 hinaus- Bei Zündung entsteht der Arbeitshub in der sich nun erweiternden Expansionskammer, wobei dieser Arbeitshub durch Arbeit mit einem mit Luft angereichertem Gemisch verbessert wird. Dabei befindet sich in der Stellung nach F i g. 4 fetteres Gemisch vor der Zündeinrichtung 27, wenn die Drucklufteinspeisung nach F i g. 2 erfolgt. Gemäß F i g. 4 wird nun auch die vorhergehende Ausstoßkammer 44 vor der Kolbcnflanke 45 betrachtet. Diese Ausstoßkammer steht mit der Auslaßöffnung 22 in Verbindung. In dieser Stellung ist aber nicht nur die Zusatzöffnung 39 offen, die, wie aus F i g. 3 hervorgeht, bereits freigegeben ist, wenn diese Arbeitskammer noch als Expansionskammer 38 wirkt, sondern auch die weitere Zusatzöffnung 40 dieses Zusatzöffnungspaares, so daß sowohl eine Spülung als auch eine Überladung der Abgase stattfindet, die eine Nachverbrennung herbeiführt. Es wird also nicht nur der Austrieb der Abgase verbessert, sondern auch die Nachverbrennung in der Auslaßöffnung 22 ermöglicht.

In der in F i g. 5 gezeigten Betriebsstellung steht die Ansaugkammer 46 mit der Einlaßöffnung 21 in Verbindung, so daß Gemisch aufgenommen wird. Die Zusatzöffnung 41 des Zusatzöffnungspaares 37, 41 ist gerade freigegeben, um eine Überladung des Arbeitsmediums herbeizuführen.

Die beschriebenen. Ausführung?" wxcrpn, daü eine differenzierte Anordnung vorgesehen ist, um nicht nur das angesaugte Gemisch zu überladen und auch die Abgase mit Sauerstoff zu versehen, sondern daß eine überlagerte Steuerung leistungsabhängig arbeitet, indem Zusatzöffnungspaare vorgesehen sind und jeweils eine Zusatzöffnung jeden Paares leistungs- oder drehzahlabhängig gesteuert wird.

In F^;ig. 2 ist zusätzlich dargestellt, daß die Einlaßöffnung 21 üt'.T eine Rohrleitung 63 mit einer Gemisch-Quelle 64 für das Arbeitsmedium in Verbindung stehen kann, wobei diese formale Darstellung eine Vergaseranordnung einbezieht. Dann ist 27 ein? Zündeinrichtung. Wird bei 64 lediglich eine Luftquelic, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Oxydationsmittel, angeordnet, ist bei 27 eine Einspritzeinrichtung vorgesehen.

Die beiden Ventile 32, 33, die in F i g. I gezeigt sind und von denen jeweils eines einer Zusatzöffnung jeden Zusatzöffnungspaares zugeordnet ist, sind schematisch in Fig.6 dargestellt. Beispielsweise sind sie durch mechanische Gestänge 65,66 mit einer Stellvorrichtung 67, 68, beispielsweise Elektromagneten, verbunden, die über Leiter 69 an eine Batterie 70 angeschlossen sind. Die anderen Anschlüsse 71, 72 sind jeweils über gesonderte leiter 73, 74 mit Kontakten 75, 76 verbunden, die in einer Schalteinrichtung 77 angeordnet sind. Das Betätigungsglied 78 dieser Schalteinrichtung steht mit dem Beschleunigungspedal 79 oder einem anderen Steuerhebel in Verbindung. An dieses, aus leitendem Material ausgeführten Betätigungsglied 78 ist die Batterie mittels einer Leitung 80 angeschlossen. Das Betätigungsglied trägt Gegenkontakte 81, 82, die im entlasteten oder Ausgangszustand von Anschlagk .intakten 83, 84 abgehoben sind Diese Anschlagkontakte 83, 84 sind auf Federn 85, 86 abgestützt, die mit den Kontakten 75, 76 in leitender Verbindung stehen. Das Betätigungsglied 78, das in Richtung des Pfeils 87 bewegbar ist, ist in Bewegungsrichtung abgestuft und trägt die Gegenkontakte 81,82 in verschiedenen Höhen Dadurch ist es möglich, die Stellvorrichtungen 67, 6t nacheinander in Abhängigkeit von bestimmten Be triebszusländen zu betätigen.

Es versteht sich weiterhin, daß auch eine mechanische Lösung möglich ist, indem das Betätigungsglied 78 mil einer Zahnstange versehen ist, die ein Ritzel antreibt welches über Vorgelege mit den Gestängen 65, 6t verbunden ist, so daß dann eine kontinuierliche Verstellung der Ventile 32,33 möglich ist

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

l. Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem auf einer Exzenterwelle sich drehenden dreieckigen Kolben und einem Arbeitskammern umschließenden, eine Zünd- oder Einspritzeinrichtung aufweisenden Gehäusemantel, in welchem im Bereich der kleinen Mantelachse eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung für das Arbeitsmedium angeordnet sind, mit im Bereich der Ansaug- und Kompressionskammer bzw. Expansions- und Ausstoßkammer in einem Seitenteil befindlichen Zusatzöffnungen für Druckluft, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaug- (46) und Kompressionskammer (36,43) einerseits und der Expansions-(38) und Ausstoßkammer (44) andererseits jeweils ein in Umfangsrichtung hintereinander angeordnetes Zusatzöffnungspaar (41,37 bzw. 39,40) im radial inneren Bereich zugeordnet ist

Z Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Zusatzöffayngspaaren (39, 40 bzw. 37, 41) jeweils eine Zusatzöffnung (40, 41) in die noch mit der Einlaßöffnung (21) in Verbindung stehende Ansaugkammer (46) bzw. in die bereits mit der Auslaßöffnung (22) verbundene Ausstoßkammer (44) mündet und daß für diese Zusatzöffnungen (40, 41) in Abhängigkeit von der Leistung oder Drehzahl der Exzenterwelle (8) eine der Kohlensteuening überlagerte Steuerung vorgesehen ist, durch welche bei höherer Drehzahl oder Leistung eine vermehrte Luftmenge einspeisbar ist

3. Kreiskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ventile (32, 33) für die drehzahl- oder leistungsabhängigen, unter der überlagerten Steuerung sehenden Zusatzöffnungen (40,41) mittels Stellvorrichtungen (67,68) für die Ventile (32, 33) über ein Betätigungsglied (78) nacheinander betätigbar sind.