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Nach dem Viertaktverfahren arbeitende
Drehkolben-Brennkraftmas chine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine, bestehend aus einem rotierenden oder feststehenden Umschliessungskörper mit einem Innenraum, der durch Seitenscheiben und einen eine dreibogige Innenkontur, vorzugsweise in Form einer Epitrochoide aufweisenden Mantel, begrenzt ist, in dem ein exzentrisch gelagerter vierzahniger Innenläufer angeordnet ist, der mit achsparallelen Anlagekanten an der inneren Mantelfläche des Umschliessungskörpers entlanggleitet und auf Grund seiner Relativbewegung gegenüber dem Umschliessungskörper Arbeitskammern wechselnden Volumens bildet, wobei im Falle
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von 4 : 3 voreilt.
Es ist bekannt, derartige Maschinen als Brennkraftmaschinen zu verwenden und in ihnen ein Viertaktverfahren ablaufen zu lassen, wobei die Einlass- und Auslassöffnungen im Umschliessungskörper durch die Kontur des Innenläufers gesteuert werden.
Die Erfindungsiehtnun Verbesserungen an einer derartigen Maschine vor, welche sie für die Verwendung als nach dem Viertaktverfahren arbeitende Brennkraftmaschine besser geeignet machen. Diese bestehen einerseits darin, dass die Auslassöffnung für den Ausschub des verbrannten Gases kurz vor der achsnahen Zone angeordnet ist, nach welcher sich die Einlassöffnung für die Frischgase befindet und dass in der der Auslassöffnung vorausgegangenen achsnahen Zone des Umschliessungskörpers ein Überströmkanal gebildet ist, welcher die im Arbeitstakt befindliche Arbeitskammer mit der ihr voraus befindlichen Arbeitskammer zum Zeitpunkt deren kleinsten Volumens verbindet.
Anderseits kennzeichnet sich die Erfindung auch darin, dass im Bereich des dritten Mantelbogens, vor dessen Beginn die Auslassöffnung für die verbrannten Gase und nach dessen Ende die Einlassöffnung für die Frischgase angeordnet sind, Fenster für den Einlass von Kühlluft und Fenster für den Auslass dieser Kühlluft angeordnet sind.
Bei der ersten Variante der Erfindung wird durch die Einbeziehung des dritten Bogens des Umschlie- ssungskörpers in den Arbeitstakt der Maschine eine Drehung des Arbeitstakte und damit eine verbesserte Arbeitsweise der Maschine erzielt. Bei der andern Variante wird eine Kühlung des Inneren der Maschine und eine Spülung mit Frischluft im Bereich des dritten Mantelbogens erreicht.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand dar Zeichnungen näher erläutert, in welchen die Fig. l einen Drehkolben-Verbrennungsmotor der Art, auf welche sich die Erfindung bezieht, bei welchem der Aussenläufer gegenüber dem Innenläufer voreilt, die Fig. 2 - 21 Skizzen. welche den Gaswechselvorgang bei einem Motor zeigen, dessen Aussenläufer die Form einer dreibogigen Epitrochoide besitzt und gegenüber dem Innenläufer mit einem Drehzahlverhältnis von 4 : 3 voreilt, wobei der dritte Trochoidenbogen in den Arbeitstakt mit einbezogen ist, und die Fig. 22-29 ebenfalls Skizzen eines Motors mit dreibogiger Epitrochoide und einem Drehzahlverhältnis von Aussenläufer zu Innenläufer von 4 : 3, bei welchem der dritte Trochoidenbogen zum Ansaugen und Ausschieben von Kühlluft verwendet wird, darstellen.
BeidemKonstruktionsbeispielgemaBFig. listdasfeststehendeGehausemit 1 bezeichnet. In dem Gehäuse 1 ist drehbar der Innenläufer 2 angeordnet, dessen Welle 3 hohl ausgebildet ist. Die LagerungdesInnenläufers 2 bzw. dessen Welle 3 im Gehäuse 1 erfolgt über Rollenlager 4. Am einen Ende der Hohlwelle 3 ist der Vergaser 5 angeschlossen. Im Gehäuse 1 und den Innen-
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läufer 2 umgebend ist ebenfalls drehbar der Aussenläufer 6 gelagert, der aus den Seitenscheiben 7, dem Mantel 8 und einem Aussenring 9 besteht. Der Aussenläufer 6 ist mittels Rollenlager 10 im Gehäuse 1 gelagert.
Die innere Mantelfläche des Aussenläufer 6 hat die Form einer zweibogigen Epitrochoide oder einer äusseren Parallelkurve hiezu. Der Aussenläufer dreht sich um die Drehachse M ; der Innenläufer 2 dreht sich um die Drehachse M2 und liegt mit seinen Dichtkanten ständig an der epitrochoidenförmigen Innenfläche des Mantels 8 des Aussenläufer an. Zwischen den Kanten ist die Kontur des Innenläufers 2 an die Gestalt der inneren Hüllkurve der Epitrochoide angenähert.
Auf der Hohlwelle 3 des Innenläufers 2 ist ein Zahnrad 12 aufgekeilt, das mit einem auf der Abtriebswelle 13 sitzenden Zahnrad 14 in Eingriff steht. Die Abtriebswelle 13 ist im Gehäuse 1 über Kugellager 15 gelagert. Mit dem Zahnrad 14 bzw. der Abtriebswelle 13 ist ein weiteres Zahnrad 16 drehfest verbunden, das mit einem mit dem Aussenläufer 6 in Verbindung stehenden Zahnrad 17 kämmt. Die Übersetzung von der Hohlwelle 3 zum Aussenläufer 6 über die Zahn-
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das Drehzahlverhältnis von Innenläufer zu Aussenläufer jedoch 3 : 4 beträgt. also der Aussenläufer gegenüber dem Innenläufer voreilt. Mit 18 ist der Zündunterbrecher bezeichnet, der über das Zahnradpaar 19, 20 von der Welle 3 angetrieben wird.
Eine Abdichtung des Innenläufers 2 im Aussenläufer 6 erfolgt an den Mantelflächen des Aussenläufers durch die bereits erwähnten Dichtkanten und an den Seitenscheiben 7 des Aussenläufer mittels Dichtrandplatten 21. die axialbeweglich im Innenläufer 2 gelagert sind und beispielsweise durch den in den Arbeitskammern herrschenden Druck gegen die Seitenscheiben 7 gedrückt werden.
Zur Kühlung des Aussenläufers 6 ist im Mantel 8 ein Kanal 22 vorgesehen, in welchem sich Kühlflüssigkeit befindet, die auf Grund des von dem Aussenläufer bei Drehung erzeugten Zentrifugalfeldes und des infolge ungleicher Erwärmung auftretenden Thermo-Siphon-Effekts in Zirkulation versetzt wird und eine gleichmässige Wärmeverteilung ergibt. Zur Abführung der Wärme sind die Seitenscheiben 7 des Aussenläufer mit Flügeln 23 und der Aussenring 9 des Aussenläufer mit Flügeln 24 versehen.
Die Kühlluftwirddurchdie ffnungen 25 im Gehäuse 1 angesaugt und in das im Bereich des Aussenläufers 6 als Spiralgehäuse 26 ausgebildete Gehäuse 1 geschleudert, das sie bei 27 verlassen kann.
VomVergaser 5 her wird durch die Hohlwelle 3 Brennstoff-Luft-Gemisch angesaugt und gelangt durch Kanäle 28 in den Innenläufer 2 und die Fenster 29 in den Dichtrandplatten 21 inmul- denförmige Vertiefungen 30 in den Seitenscheiben 7 des Aussenläufers und von da aus in die Arbeitskammer. Im Innenläufer 2 ist die Zündkerze 32 angeordnet, die durch ein durch die Hohlwelle 3 geführtes, von einem Isolierstück 33 umgebenesHochspannungskabel 34 gespeist wird. Mit 35 ist die Zuführung der Hochspannung zu dem Kabel 34 bezeichnet. Im Bereich der Zündkerze 32 besitzt der Innenläufer 2 eine Brennraummulde. welche dazu dient, die Verdichtung auf den gewunschten Wert zu verringern.
Der Auslasskanal, der im Mantel 8 des Aussenläufers angeordnet ist, verläuft so, dass das vom Aussenläufer 6 erzeugteZentrifugalfeIddieAbfuhrungderVerbrennungsgaseunterstfitzt. Ermundet in das Spiralgehause 26, so daB die Abgase zusammen mit der verbrauchten Kuhiluft ins Frète austrc- ten.
IndenFig. 2-29 ist die erfindungsgemässe Steuerung schematisch für einen Drehkolben-Verbrennungs- motor gezeigt. dessen Aussenläufer 38 die Form einer dreibogigen Epitrochoide besitzt. Der Innenläufer 39, der der Einfachheit halber als Quadrat gezeichnet ist, liegt mit vier Dichtkanten 40 ständig an der inneren Mantelfläche des Aussenläufers 38 an. Die Drehachse des Aussenläufers 38 ist mit M, diejenige des Innenläufers 39 mit M2 bezeichnet. Der Abstand zwischen den beiden Achsen beträgt e. Beide Läufer rotieren im Uhrzeigersinn. wobei das Drehzahlverhältnis zwischen Innenläufer und Aussen- läufer 3 : 4 beträgt, also der Aussenläufer gegenüber dem Innenläufer voreilt.
Der Drehwinkel zwischen den einzelnen Figuren beträgt 600 für den Aussenläufer und 450 für den Innenläufer.
Bei einem Aussenläufer in Form einer zweibogigen Epitrochoide entsprechend dem vorhergehenden Beispiel wird in drei Arbeitskammern ein Viertaktprozess. bei einem Aussenläufer in Form einer dreibogigen Epitrochoide in vier Kammern ein Sechstaktprozess durchlaufen. Dabei können in letzterem Fall die beiden letzten Takte verschiedene Funktionen erfüllen. Bei der Ausführung gemäss den Fig. 2-29 dienen diese beiden letzten Takte dazu, eine verlängerte Dehnung zu erreichen, um eine weitere Ausnutzung der Gasenergie zu ermöglichen. Bei der Ausführung gemäss Fig. 22-29 wird der 5. und 6. Takt zum Ansaugen und Ausschieben von Aussenluft verwendet, um eine zusätzliche innere Kühlung des Motors zu erreichen.
Bei der Ausführung gemäss Fig. 2 - 21 ist der Auslasskanal mit A und der Einlasskanal mit E be-
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zeichnet. Zwischen zwei benachbarten Bögen des Aussenläufer ist ein Überströmkanal U vorgesehen.
Die vier Arbeitskammern sind mit V , Vs und V bezeichnet.
Es soll im folgenden das Verhalten der Arbeitskammer V 1 während der verschiedenen Phasen verfolgt werden :
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der Drehung wächst das Volumen der Kammer V 1 bei gleichzeitig geöffnetem Einlasskanal E - es wird Frischgas angesaugt. In der Stellung gemäss Fig. 6 hat die Kammer V 1 ihr grösstes Volumen erreicht.
Ab Fig. 7 erfolgt der Kompressionstakt. Der Einlasskanal E ist durch den Innenläufer 39 abgesteuert.
Fig. 8 und 9 zeigen verschiedene Phasen des Verdichtungstaktes, bis im oberen Totpunkt, der in Fig. 10 dargestellt ist, die durch den Blitz Z angedeutete Zündung erfolgt. Nun wird der Arbeitstakt durchlaufen, wobei zwischen der Phase gemäss Fig. 12 und 13 der Überströmkanal U die Kammer V1 mit der benachbarten Arbeitskammer vs verbindet. Die Fig. 14 und 15 zeigen ein gleichzeitiges Anwachsen der Kammern V und V , die ständig durch den Überströmkanal U miteinander in Verbindung stehen.
Wenn beide Kammern ihr gemeinsames Maximum erreicht haben (Fig. 15), wird der Auslasskanal A ge- öffnet, und das expandierende Brenngas kann in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung ausströmen.
Fig. 17 zeigt den Beginn des Ausschiebens aus der Kammer V, während die Kammer. V 1 wieder abgeschlossen ist und in ihr eine Vorverdichtung der noch vorhandenen Abgase durchgeführt wird, die in der Phase gemäss Fig. 18 so hoch gestiegen ist, dass beim Überströmen aus der jetzt expandierenden Kammer V 4 annähernd Druckgleichheit besteht. Der Inhalt der Kammer V 2 wird inzwischen über den Auslasskanal A vollständig ausgeschoben (s. Fig. 19 und 20).
Von der Stellung gemäss Fig. 20 ab, die der Stellung gemäss Fig. 2 entspricht, wiederholt sich der beschriebene Sechstaktprozess. Es arbeiten sämtliche Kammern mit entsprechender Phasenversetzung gleichzeitig.
Die Fig. 22-29 stellen dieselbe Maschine wie die Fig. 2-21, jedoch mit andern Steueröffnungen, dar. Hiebei wird der 5. und 6. Takt zum AnsaugenundAusschieben der Spülluft verwendet. Zu diesem Zweck ist in einer Seitenscheibe des Aussenläufer 38 ein Spülkanal SE zum Einlass der Spülluft und im Mantel des Aussenläufer 38 ein Auslasskanal SA für die Spülluft vorgesehen.
Bei dem normalen Viertaktverfahren muss die Auslassöffnung knapp vor der übernächsten achsnahen Zone des Umschliessungskörpers nach der Einlassöffnung in der relativen Drehrichtung des Innenläufers in
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wie auch bei den früheren Figuren, mit A bezeichnet.
Es soll der Vorgang betrachtet werden, der sich im Anschluss an den Ausschubtakt in der Kammer Vl abspielt.
In Fig. 22 hat die Kammer ; V 1 ihr kleinstes Volumen und besitzt eine Verbindung sowohl zu dem Auslasskanal A, als auch zumSpüllufteinlasskanal SE. Fig. 23 und 24 zeigen das Anfüllen der wach- senden Kammer V mit Frischluft, die über den Einlasskanal SE einströmt. In Fig. 25 ist bereits der Spülluftauslasskanal SA geöffnet, so dass die zur Kühlung der Brennkammer dienende Frischluft wieder verdrängt werden kann. Dieser Spülprozess setzt sich während der Phasen gemäss Fig. 26,27, 28 und 29 fort. Anschliessend gelangt die Maschine in den Überschneidungstotpunkt, bei dem die Kammer V 1 in ihrem kleinsten Volumen sowohl mit dem Spülluftaùslasskanal SA, als auch mit dem Gemischeinlasskanal E verbunden ist.
Dieser an die Stellung gemäss Fig. 29 anschliessende Vorgang entspricht demjenigen gemäss Fig. 2, worauf in üblicher Weise der normale Viertaktprozess durchlaufen wird.
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