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Arbeitsverfahren für Rotationskolben-Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren für Rotationskolben-Brennkraftmaschinen mit mindestens vier volumenveränderlichen Arbeitskammern, das eine zweistufige Verdichtung der Verbrennungsluft oder des Kraftstoff-Luftgemisches ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile ermöglicht und eine Brennkraftmaschine mit erheblich verbessertem Wirkungsgrad ergibt. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass sie die Verwendung auch von schwersiedenden Kraftstoffen gestattet, so dass eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitende Rotationskolben-Brennkraftmaschine als Allstoffmotor anzusprechen ist.
Das erfindungsgemässe Arbeitsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Kammer ein Sechstakt-Verfahren durchläuft und in den beiden ersten Takten Luft oder Kraftstoff-Luftgemisch ansaugt und verdichtet und die verdichtete Ladung in die vorhergehende Kammer überschiebt und darauf die normalen vier Takte des Ansaugens, Verdichten, Expandieren und Ausschiebens durchläuft, wobei nach Beendigung dieses zweiten Ansaugtaktes die in den beiden ersten Takten der nachfolgenden Kammer angesaugte und verdichtete Ladung eingeblasen wird.
Dieses erfindungsgemässe Verfahren kann auf verschiedene Weise modifiziert werden. So ist es möglich, in beiden Ansaugtakten reine Luft anzusaugen und dabei bzw während des Überströmens der verdichteten Ladung Kraftstoff, beispielsweise mittels einer Einspritzdüse oder eines Druckvergasers, zuzugeben. Es kann auch im ersten Ansaugtakt ein überfettetes Kraftstoff-Luftgemisch und im zweiten Ansaugtakt reine Luft oder in beiden Ansaugtakten ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luftgemisch angesaugt werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Arbeitsverfahrens wird eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die in an sich bekannter Weise aus einem feststehenden oder rotierendenUmschliessungskörper mit im Querschnitt drei Bogen aufweisender Innenkontur und einem Läufer besteht, der im Gehäuse exzentrisch zu dessen geometrischem Mittelpunkt drehbar gelagert ist und mit seinen vier achsparallelen Scheitelkanten ständig an der Innenkontur des Umschliessungskörpers entlanggleitet, wobei in bezug auf die Drehrichtung des Läufers relativ zum Umschliessungskörper kurz nach einer achsennahen Zone des Umschliessungskörpers eine erste Einlassöffnung.
kurz vor dieser achsennahen Zone eine Auslassöffnung, kurz nach der nächsten achsennahen Zone in der genannten relativen Drehrichtung eine weitere Einlass- öffnung und wirkungsmässig nach den beiden Einlassöffnungen ein Überströmkanal vorgesehen sind. In die- sem Überströmkanal können, wenn in beiden Stufen reine Luft angesaugt wird, Mittel zur Kraftstoffbeimischung angeordnet sein, wobei der Kraftstoff von der überströmenden Luft mitgerissen wird.
Der Überströmkanal ist zweckmässig im Mantel des Gehäuses an der Stelle angeordnet, an der zwischen benachbarten Arbeitskammern überkritisches Druckgefälle herrscht. Dadurch wird die Überströmgeschwindigkeit so hoch wie möglich und es ergibt sich eine feine Gemischaufbereitung.
Zum besseren Verständnis wird nachstehend das erfindungsgemässe Arbeitsverfahren bei einem Kreiskolbenmotor, d. h. einem Motor mit feststehendem Umschliessungskörper, an Hand der Fig. 1 - 8, welche verschiedene Phasen zeigen, erläutert. In Fig. 9 und 10 ist ein Konstruktionsbeispiel einer nach dem erfindungsgemässen Arbeitsverfahren arbeitenden Kreiskolben-Brennkraftmaschine im Längsschnitt und Quer- schnitt gezeigt.
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In Fig. 1 - 8 ist das feststehende Gehäuse mit 1 und seine Innenkontur, welche die Form einer dreibogigen Epitrochoide aufweist, mit 2 bezeichnet. Der geometrische Mittelpunkt des Gehäuses 1 liegt bei A. In dem Gehäuse 1 ist um die Achse B drehbar der Läufer 3 gelagert, der vier Scheitel 4 aufweist, mit denen er ständig an der Innenkontur 2 des Gehäuses 1 entlanggleitet, wodurch vier volumenveränderliche Arbeitskammern V V, V g, und V. gebildet werden. Bei der Drehung des Läufers 3 in Pfeilrichtung beschreibt die Achse B des Läufers 3 einen Kreis um den geometrischen Mittelpunkt A des Gehäuses 1.
Die Innenkontur 2 des Gehäuses 1 besitzt drei achsennahe Zonen 5,5a und 5b, wobei kurz nach der achsennahen Zone 5, in bezug auf die Drehrichtung des Läufers 3, eine Einlassöffnung 6 vorgesehen ist.
Vor dieser achsennahen Zone 5 ist ein Auslasskanal 7 angeordnet, während nach der nächsten achsennahen Zone 5a eine weitere Einlassöffnung 8 vorgesehen ist. Wirkungsmiissig nach den beiden Einlassöffnungen 6 und 8 ist ein Überströmkanal 9 im Mantel des Gehäuses 1 angeordnet.
Im folgenden soll das Verhalten der Kammer Vl durch die gezeigten Phasen verfolgt werden, wobei diese Kammer V in den ersten acht Phasen als Kammer Vi, in den folgenden acht Phasen als Kammer V, in den nächsten acht Phasen als Kammer V 3 und in den letzten acht Phasen als Kammer V, jeweils durch die Fig. 1 - 8. in Erscheinung tritt.
Fig. 1 zeigt die Kammer V kurz nach dem oberen Totpunkt, wobei der erste Einlass 6 von der Aussenkontur des Läufers 3 zum Teil freigegeben ist. Die Kammer V vergrössert in den folgenden Phasen bis Fig. 5 ihr Volumen und saugt beispielsweise überfettetes Kraftstoff-Luftgemisch an. Beginnend mit der Phase gemäss Fig. 6 wird der Einlass 6 geschlossen und es erfolgt die Verdichtung. Anschliessend an die in Fig. 8 gezeigte Stellung kommt die Kammer V in die Lage der Kammer V2 in Fig. 1. Der Verdichtungstakt nähert sich seinem Ende und das verdichtete Kraftstoff-Luftgemisch wird durch den Überströmkanal 9 in die vorausgehende Kammer V g eingeblasen. In Fig. 5 wird der zweite Einlass 8, diesmal für Frischluft, freigegeben und die Kammer V 2 saugt Frischluft an.
Diese Freigabe des zweiten Einlasses 8 erfolgt erst dann, wenn die Arbeitskammer Vn auf atmosphärischen Druck rückexpandiert ist, um Leistung-un Füllungsverluste zu vermeiden. In die nunmehrige Kammer Vu wired in der zwischen Fig. 1 und 2 liegenden Phase nun durch den Überströmkanal 9 überfettetes Kraftstoff-Luftgemisch eingeblasen.
Dann wird der Inhalt der Kammer Vg, bestehend aus der durch den zweiten Einlass 8 angesaugten Frischluft und der durch den Überströmkanal 9 eingeblasenen verdichteten Ladung, verdichtet, bis in der Stellung gemäss Fig. 5 die Zündung des verdichteten Gemisches erfolgt. Die Zündung ist durch den Blitz 10 symbolisiert. Beginnend von Fig. 6 folgt der Arbeits-oder Expansionstakt, der mit dem Freigeben des Auslasskanals 7 (siehe Fig. 2 für Kammer V) endet.
Im Anschluss daran erfolgt das Ausschieben der verbrannten Gase bis zur Stellung (Fig. 8) für Kammer V, worauf in Fig. 1 für die Kammer V1 wieder die erste Ansaugung beginnt.
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möglich, durch beide Fenster 6 und 8 entweder ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luftgemisch oder auch reine Luft anzusaugen, wobei im letzteren Falle eine Kraftstoffzugabe erfolgen muss, beispielsweise. indem in dem Überströmkanal 9 ein Vergaser angeordnet ist, oder indem in die erste und/oder in die zweite Ladung Kraftstoff eingespritzt wird, also beispielsweise in die Kammer V in der Stellung gemäss Fig. 1 und/oder in die Kammer Vu in der Stellung gemäss Fig. 2.
Das Gehäuse 1 braucht nicht, wie angenommen, feststehend zu sein, sondern es kann auch um seinen Mittelpunkt A rotieren, u. zw. mit einem Drehzahlverhältnis von 4 : 3 zum Läufer 3. Die Relativbewegung des Läufers 3 zu dem Gehäuse 1 ändert sich dabei nicht, so dass die beschriebenen Verhältnisse auch für einen Motor mit rotierendem Gehäuse, einen sogenannten Drehkolbenmotor, Geltung haben.
Ein Ausführungsbeispiel eines nach dem beschriebenen Verfahren arbeitenden Kreiskolben-Verbren- nungsmotors ist in Fig. 9 und 10 im Längs- und Querschnitt dargestellt, u. zw. in Form einer Doppelma- schine, bei der zwei Sechstakt-Motoren I und-n nebeneinander auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind.
Das Gehäuse der Doppelmaschine besteht aus den Seitenscheiben 10 und 11 und den Mänteln 12 und 13 der Motoren I und n und aus der gemeinsamen Zwischenwand 14. Die Imlenkonturen 2 der Mäntel 12, 13 haben die Form einer dreibcgigen Epitrochoide und liegen in Phase. In dem Gehäuse ist eine Welle 15
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Um eine ungeteilte Zwischenwand 14 verwenden zu können, ist der Exzenter 18 als eigener Teil ausgebildet, während der Exzenter 19 mit der Welle 15 aus einem Stück besteht. Auf den Exzentern 18,
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19 sind Rollenlager 20. 21 angeordnet, auf denen die Läufer 22, 23 drehbar gelagert sind.
Zwischen jedem der Läufer 22 und 23 und der benachbarten Seitenscheibe 10 bzw. 11 des Gehäuses ist ein Getriebe 24, 24a bzw. 25, 25a angeordnet, welches das richtige Drehzahlverhältnis von 1 : 4 zwischen den Läufern und der Exzenterwelle 15 erzwingt. Die Getriebe bestehen aus den an den Läufern befestigten innenverzahnten Rädern 24 und 25 und den mit dem Gehäuse feststehenden aussenverzahnten Rädern 24a und 25a. Mit 26 und 27 sind Ausgleichsgewichte bezeichnet, die auf der Welle 15 angeordnet sind.
Fig. 10 zeigt den Querschnitt durch den Motor I. Dabei ist mit 28 der Auslasskanal für die verbrannten Gase, mit 29 die Zündkerze und mit 9 wiederum der Überströmkanal bezeichnet, die alle im Mantel 12 angeordnet sind. Das erste Einlassfenster 6 und das zweite Einlassfenster 8 sind mit den zugehörigen Kanälen 30 und 31 in der gemeinsamen Zwischenwand 14 des Gehäuses untergebracht, u. zw. ist in dem Ausführungsbeispiel für beide Motoren 1 und n ein gemeinsamer erster Einlasskanal und ein gemeinsamer zweiter Einlasskanal vorgesehen, die sich, wie in Fig. 9 bei 32 und 33 strichpunktiert angedeutet, entsprechend gabeln. Die Einlasskanäle 30 und 31 gehen von ihren entsprechenden Fenstern 6 und 8 etwa rechtwinkelig zu deren grösster Erstreckung aus, damit ein grosser Kanalquerschnitt bei möglichst dünner Zwischenwand 14 erreicht wird.
Eine geringe Wandstärke ist erwünscht, damit die Lager 16, 17 möglichst nahe aneinander gerückt werden können. Mit 34 und 35 sind Kühlflüssigkeitszu- und abläufe bezeichnet.
In Fig. 10 ist der Läufer 23 des Motors n strichpunktiert eingezeichnet, um die Phasenlage der beiden Läufer 22 und 23 zueinander kenntlich zu machen. Der Aufbau des Motors II entspricht ansonsten genau demjenigen des Motors L
Während in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Einlassfenster in einer Seitenscheibe des Motors angeordnet sind, ist es selbstverständlich auch möglich, diese Fenster im Mantel in ähnlicher Weise wie den Auslasskanal 28 anzuordnen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Arbeitsverfahrenfür Rotationskolben-Brennkraftmaschinen mit mindestens vier volumenveränderlichen Arbeitskammern, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kammer ein Sechstakt-Verfahren durchläuft und in den beiden ersten Takten Luft oder Kraftstoff-Luftgemisch ansaugt und verdichtet und in die vorhergehende Kammer überschiebt und darauf die normalen vier Takte des Ansaugens, Verdichten, Expandierens und Ausschiebens durchläuft, wobei nach Beendigung dieses zweiten Ansaugtaktes die in den beiden ersten Takten der nachfolgenden Kammer angesaugte und verdichtete Ladung eingeblasen wird.