Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In den gebräuchlichen Verbrennungsmotoren wird die bei der Explosion erzeugte Wärme teilweise abgeführt oder in die metallische Wandung der Verbrennungskammer abgeführt, wonach diese Wärme nach Hindurchleitung durch diese Wandung mittels an derselben vorhandenen Rippen an die Umgebung abgestrahlt oder an Flüssigkeit abgegeben wird, die sich in einem die Zylinder umgebenden Mantel befindet.
In Drehverbrennungsmaschinen des Kurvenscheibentyps werden die an den Kolben vorgesehenen Rollen gezwungen, von aussen her an den Kurvenscheiben anzuliegen, damit sie deren Verlauf folgen. Oft ist die Zentrifugalkraft nicht gross genug, um den Saugeffekt zu überwinden, wenn die Kolben in der herkömmlichen Weise Luft ansaugen sollen.
In einem gebräuchlichen Motor mit Eigenzündung oder mit Fremdzündung ergeben sich gelegentliche Schwierigkeiten durch eine Detonation und/oder Vorzündung, die hervorgerufen wird durch den plötzlichen Temperatur- und Druckanstieg unmittelbar nach der Zündung währenddem die Kurbel sich noch immer nahe bei ihrem oberen Totpunkt befindet und nur sehr wenig Volumen zur Verfügung steht, in das sich das Gas expandieren kann. Zur Behebung dieser Schwierigkeit ist schon vorgeschlagen worden, einen Verbrennungsverzögerer, z.B.
einen Draht, vorzusehen, und es wurde auch schon vorgeschlagen, den Brennstoff langsam in den Zylinder einzuspritzen, wie dies z. B. bei Dieselmotoren der Fall ist, damit die Verbrennung langsam stattfindet, in dem Masse, wie sich der Kolben im Zylinder abwärts bewegt. Diese Lösung erfordert eine sehr sorgfältige Abstimmung und Steuerung und sie ist oft nicht genügend, weil ein Teil der Verbrennung verzögert wird bis der Kolben beinahe den ganzen Expansionshub durchgeführt hat.
Bei herkömmlichen Drehverbrennungsmotoren sind Schwierigkeiten aufgetreten in der Abdichtung der einzelnen Zylinder, Luftöffnungen, Gasöffnungen, usw. Ausgeklügelte Verschlussmechanismen sind zur Anwendung gelangt, aber das Problem ist zum grössten Teil ungelöst geblieben. Eine weitere Schwierigkeit besteht bei Drehverbrennungsmotoren hinsichtlich der Verteilung der Luft und des Brennstoffes an die einzelnen Zylinder zur richtigen Zeit und in wirksamer Weise.
Ein Gegenstand der Erfindungs ist ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, der ein Gehäuse, eine Abtriebswelle und eine Mehrzahl von Zylindern mit darin hin und her beweglichen Kolben aufweist, die mit der Welle in Antriebsverbindung stehen, gekennzeichnet durch Einführen von Brennstoff in die Zylinder und Verbrennen dieses Brennstoffes, um dadurch die Kolben zu zwingen, in den zugehörigen Zylindern einen Expansionshub durchzuführen, und durch internes Kühlen der Zylinder derart, dass eine überschüssige Menge von Umgebungsluft direkt in die Zylinder zum Kühlen der Kolben und des Inneren der Zylinder eingeführt wird, wobei diese überschüssige Menge von Luft erheblich grösser ist als jene, die erforderlich wäre zum Ausstossen der Verbrennungsgase, ferner dadurch gekennzeichnet,
dass zum Kühlen der Kolben und des Inneren der Zylinder die Umgebungsluft in die Zylinder während einer Zeitdauer eingeführt wird, die grösser ist als der leistungserzeugende und der zum Ausstossen der Verbrennungsgase erforderliche Teil des Expansionshubes der Kolben.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse drehbar gelagerten und sich aus ihm heraus erstreckenden, Welle, einer Mehrzahl von Zylinder, in denen je ein Kolben arbeitet, und Mitteln zur Zuführung von Brennstoff zu diesen Zylindern, gekennzeichnet durch Mittel zum Zuführen von verhältnismässig kühler Umgebungsluft direkt in das Innere der Zylinder zum Ausstossen von Verbrennungsgasen aus dem Innern der Zylinder und zum Kühlen der Kolben und des Inneren der Zylinder, wobei die Luftzufuhrmittel derart ausgebildet sind, dass die Luft den Zylindern während einer Zeitdauer, die grösser ist als der leistungserzeugende Teil des Expansionshubes der Kolben, zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles des Motors nach der Erfindung,
Fig. 2 einen vergrösserten Querschnitt zu Fig. 1, wobei Teile weggeschnitten sind,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines der Zylinder des Motors,
Fig. 4 eine Draufsicht der Verwendung findenden Kurvenscheibe,
Fig. 5 eine vergrösserte Draufsicht eines Abschnittes der Kurvenscheibe nach Fig. 4,
Fig. 6 einen Längsschnitt des in Fig. 2 gezeigten Motors,
Fig. 7 eine Stirnansicht eines der Rotorglieder,
Fig. 8 eine Teilansicht des in Fig. 7 gezeigten Rotors, Fig 9 eine Teilansicht des Rotorgliedes nach der Linie 9-9 der Fig. 8,
Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie 10-10 von Fig. 7,
Fig.
11 eine Draufsicht eines anderen Rotorgliedes,
Fig. 12 eine Stirnansicht des in Fig. 11 gezeigten Rotorgliedes,
Fig. 13 eine Schnittansicht nach Linie 13-13 der Fig. 11,
Fig. 14 eine Stirnansicht von Rotorgliedern, wobei Teile weggebrochen sind,
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht der von einander getrennten Teile des Motorkerns,
Fig. 16 einen verbesserten Schnitt der Linie 16-16 der Fig.
15,
Fig. 17 einen vergrösserten Schnitt nach der Linie 17-17 der Fig. 15,
Fig. 18 einen vergrösserten Schnitt nach der Linie 18-18 der Fig. 17,
Fig. 19 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 18 und
Fig. 20 einen vergrösserten Schnitt nach der Linie 20-20 der Fig. 17.
Der beispielsweise dargestellte Motor ist zusammenfassend mit 10 bezeichnet und weist Gehäuseteile 12 und 14 auf, die durch Schrauben 16 aneinander befestigt sind, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt. Zwischen den Gehäuseteilen 12 und 14 ist eine Kurvenscheibe 18 angeordnet, welche von den Schrauben 16 durchsetzt ist. Diese Kurvenscheibe 18 ist an den Gehäuseteilen
12 und 14 zentriert durch deren ringförmigen Vertiefungen 20 und 22 (Fig. 6). Der Gehäuseteil 12 hat einen angesetzten Sockel 24 für die Montage des Motors.
Die Abtriebswelle oder Rotorwelle 26 erstreckt sich innerhalb des Gehäuseteiles 12 und ist in demselben mittels eines Hauptlagers 28 gelagert. Die Bezugsziffer 30 bezieht sich zusammenfassend auf einen Kern, der sich durch den Gehäuseteil 14 erstreckt, so, dass sein inneres Ende 34 sich zunächst beim inneren Ende der Welle 26 befindet. Der Kern 30 weist zwei Kernglieder 34 und 36 auf, die aneinander durch Paare von Bolzen 38 und 40 befestigt sind. Das Kernglied 34 ist mit einem Paar von in Abstand voneinander angeordneten ringförmigen Schmiernuten 42,44 versehen, in seiner Mantelfläche, so wie dies in Fig. 15 gezeigt ist. Das Kernglied 34 hat auf entgegengesetzten Seiten die Ausschnitte 46 und 48, wie auch in Fig.
15 gezeigt.
Das Kernglied 36 hat eine mit Innengewinde versehene Öffnung 50, an die ein Ölleitungsanschlussteil oder eine Leitung 52 angeschlossen ist. Diese Öffnung steht mit einer Bohrung 54 in Verbindung, die sich von ihr aus radial einwärts erstreckt, wie in Fig. 18 gezeigt. Das innere Ende der Bohrung
54 steht mit einerLängsbohrung 56 in Verbindung, die mit einer
Längsbohrung 58 des Kerngliedes 34 in Verbindung steht. Ein Olkanal 60 erstreckt sich in radialer Richtung von der Bohrung
58 bis zur Schmiernut44. Ein Ölkanal 62 erstreckt sich von der
Bohrung 58 bis zur Schmiernut 42. Drucköl wird durch die Ölleitung 52 so zugeführt, dass es zu den Schmiernuten 42 und
44 gelangt, um den Rotor zu schmieren, der dort gelagert ist, wie dies später erläutert wird.
Das Öl in den Schmiernuten 42 und 44 dient auch zur Herbeiführung eines dichten Abschlusses zwischen dem Rotor und dem Kern, so wie dies nachher beschrieben wird. Das Kernglied 36 ist mit einem Gewindeloch
64 versehen, in das eine Luftleitung 66 eingeschraubt ist.
Letztere steht mit einer Druckluftquelle in Verbindung. Das
Gewindeloch 64 mündet in ein Luftabteil 68 ein, welches ein
Paar von in Abstand gelegenen Kanälen oder Bohrungen 70 und 72 hat, die sich in Längsrichtung von ihm weg erstrecken.
Das Kernglied 34 hat ein Paar von Luftkanälen oder Bohrun gen 76, 78, die mit den Bohrungen 70 und 72 in Verbindung stehen. Wie aus Fig. 20 ersichtlich ist, sind die inneren Enden der Bohrungen 76 und 78 mit den Ausschnitten 48 bzw. 46 verbunden, zur Bildung von Luftöffnungen 77 bzw. 79. Wie aus
Fig. 15 ersichtlich ist, sind vier Ausnehmungen 80, 82, 84, und
86 an der Mantelfläche des Kerngliedes 36 vorhanden, bei dessen innerem Ende; diese Ausnehmungen dienen zur Aufnahme des Kopfes von Schraubbolzen 88, 90, 92 bzw. 94, die sich durch Öffnungen 96 des Flanschteiles 98 des Kernglie- des 34 hindurch erstrecken.
Eine Gewindebohrung 100 ist im äusseren Ende 102 des Kerngliedes 36 vorgesehen. Eine Bohrung 104 erstreckt sich in Längsrichtung durch das Kernglied 36 vom inneren Ende der Bohrung 100 weg und verbindet dieses mit einer sich in Längsrichtung durch das Kernglied 34 erstreckenden Bohrung 106.
Ein Metallrohr 108 erstreckt sich in den Bohrungen 104 und
106 so, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist. Es hat eine abgeflachte Kopfpartie 110, welche am inneren Ende eines Fittings 112 anliegt, welches in die Bohrung 100 eingeschraubt ist. Ein verjüngter Ventilsitz 114 ist im Kernglied 36 vorgesehen am inneren Ende der Bohrung 106 und die von ihm begrenzte Öffnung steht mit einem sich in Querrichtung erstreckenden Kanal 116 in Verbindung. Letzterer reicht bis zur Peripherie des Kerngliedes 34 und nimmt ein Paar von ersetzbaren Brennstoffeinspritzdüsen 118 und 120 auf in seinen äusseren Enden.
Mit 122 ist ein von Hand einstellbares Nadelventil bezeichnet, das in den Hals 124 eingesetzt ist, der in das äussere Ende des Fittings 112 eingeschraubt ist. Das Nadelventil 122 erstreckt sich drehbar durch eine Bohrung 128 in Fitting 112, durch eine Bohrung 128 im Fitting 112 und durch das Rohr
106. Geeignete Abdichtungsmittel 130 umgeben das Nadelventil 122, so wie dies auch in Fig. 18 gezeigt ist. Das innere Ende des Nadelventils 122 ist mit einem verjüngten Kopfteil 132 versehen, welches in den Ventilsitz 114 passt, damit letzterer bzw. die durch ihn begrenzte Ventilöffnung wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann durch die Drehbewegung des Nadelventils 122.
Die Brennstoffleitung 134 ist durch Verschrauben mit dem Fitting 112 verbunden und steht mit der Bohrung 128 in Verbindung, um Brennstoff dieser Bohrung und dem Inneren des Rohres 108, der im Ventilsitz 114 gebildeten Öffnung und der Bohrung 116 zuzuführen. Die Brennstoffzufuhrleitung 134 steht mit einer Brennstoff unter Druck in Verbindung.
Mit 136 ist ein Rotor bezeichnet, der drehbar auf dem Kernglied 34 gelagert ist, und die Rotorglieder 138, 140 und 142 aufweist. Das Rotorglied 140 hat eine Nabe 144, die durch Speichen 146 mit einem Mantel 148 verbunden ist. Letzterer hat vier kreisförmige Öffnungen 150. Die Nabe 144 ist an der Abtriebswelle 26 befestigt, etwa mittels einer Keilverbindung 152. Der Mantel 148 besteht aus Mantelteilen 154 und 156, die durch Schrauben 158 aneinander befestigt sind (Fig. 10). Das Rotorglied 142 umfasst das Rotorglied 140 und hat vier kreisförmige Öffnungen 160, welche koaxial zu den Öffnungen
150 des Rotorgliedes 140 ausgerichtet sind. Das Rotorglied 142 besteht aus einem Paar von Teilen 162 und 164, die durch Schraubbolzen 166 aneinander befestigt sind.
Mit 168 ist jeder der Zylinder bezeichnet, die in die eine bzw. andere der Öffnungen 160 eingesetzt sind und einen Flansch 170 haben, der wie in Fig. 6 gezeigt am Rotorglied 138 anliegt. Jeder der Zylinder 168 ist am Rotorglied 138 durch Schrauben befestigt, die sich durch im Flansch 170 vorhandene Öffnungen 172 erstrecken und in das Rotorglied 138 eingreifen.
Jeder der Zylinder 168 hat einen inneren Endteil 174 und einen Mantel 176; letzterer hat diametral gegenüberliegende Schlitze 178, 180 und eine Mehrzahl von Auslassöffnungen
182, die am Umfang verteilt sind. In jedem Zylinder 168 arbeitet ein Kolben 184, der einen Kopf 186 und einen Mantel
188 hat. Eine Rolle 190 ist auf einem Achsbolzen 192 gelagert, der im Mantel 188 festsitzt. Die Rolle 190 liegt an der Wirkoberfläche der ringförmigen Kurvenscheibe 18 an, an der er abläuft während der Drehung des Rotors. Der Verlauf der Wirkfläche wird später im einzelnen beschrieben. Jeder der Kolben hat mehrere durchgehende Öffnungen 196 in seinem Mantel.
Mit 198 ist ein Ring bezeichnet, der das Kernglied 34 umgibt und ein Lager 200 trägt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist der Mantelteil 156 des Rotorgliedes 140 mittels des Lagers 200 abgestützt. Das innere Ende der Bolzen 88, 90, 92 und 94 ist in den Ring 198 eingeschraubt, so wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.
Bolzen 202 erstrecken sich durch den Gehäuseteil 14 und sind auch in den Ring 198 eingeschraubt. Die Bolzen 38 und 40 erstrecken sich durch die Öffnungen 204 und 206 des Kerngliedes 36 und sind in die Gewindelöcher 208 des Flansches 98 des Kerngliedes 34 eingeschraubt.
Eine Auspuffkammer 210 ist im Motor vorgesehen und erstreckt sich um jeden der Zylinder, so wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Diese Auspuffkammer 210 steht mit einem Paar von Auspuffleitungen 212 und 214 in Verbindung. Die Auspuff öffnungen 182 in den Zylindern 168 münden in diese Auspuffkammer 210 ein.
Die Wirkfläche 194 der Kurvenscheibe 18 hat zwei diametral gegenüber liegende Erhebungen 216 und 218. Jede dieser Erhebungen hat einen Ruheabschnitt wie dies noch näher zu erläutern sein wird. Die an der Erhebung 216 vorhandenen Kurvenflächenabschnitte sind mit 220 bzw. 222 bezeichnet, und die an der Erhebung 218 vorhandenen Kùrvenflächenabschnit- te sind mit 224 bzw. 226 bezeichnet. Der die Kurvenflächenabschnitte 226 und 220 miteinander verbindende Kurvenflächenabschnitt ist mit 228 bezeichnet und der die Kurvenflächenabschnitte 222 und 224 miteinander verbindende Kurvenflächenabschnitt ist mit 230 bezeichnet.
Die Fig. 5 veranschaulicht die Erhebung 216 mit mehr Einzelheiten. Infolge des Anliegens der zum Kolben gehörenden Rolle an 232 wird der Kolben veranlasst, sich einwärts zu bewegen in seinem Zylinder zur Herbeiführung der maximalen Kompression am oberen Totpunkt-Zentrum . Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, hat die Erhebung 216 den Ruheabschnitt 234, welcher längs eines Kreisbogens gekrümmt ist, dessen Zentrum auf der Achse der Kurvenscheibe 18 gelegen ist, wodurch der Kolben in einer stationären Lage gehalten wird. Die Umfangserstreckung des Ruheabschnittes 234 beträgt etwa 5 und der Krümmungsradius beträgt beispielsweise 120,65 mm. Der Kurvenflächenabschnitt 236 verbindet den maximal vorstehenden Teil 232 mit dem Abschnitt 234. Der Flächenteil 235 erstreckt sich über etwa 3" und hat einen Radius von beispielsweise 25,4 mm.
Der Flächenteil 235 ermöglicht es dem Kolben, geringfügig zu einer Expansionslage bewegt zu werden, während einer gewissen Periode nachdem die maximale Kompression stattgefunden hat, so wie dies nachher im einzelnen erläutert wird. Nachdem die Erhebungen 216 und 218 identisch sind, erübrigt sich eine nochmalige Beschreibung 218. Die Linien 216a, 216b und 216c sind Radiallinien, die vom geometrischen Zentrum der Kurvenscheibe 18 ausstrahlen. Die Linien 216a und 216b schliessen einen Winkel von 3 ein, und begrenzen den Kurvenflächenabschnitt 235. Die Linien 216b und 216c schliessen einen Winkel von 5 ein und begrenzen den Kurventeil 234. Das Zentrum 235a des nach einem Kreisbogen gekrümmten Teil 235 befindet sich auf der Linie 216b.
Im Betrieb wird Brennstoff unter Druck durch das Innere des Rohres 106 und durch die Bohrung 116 hindurch zugeführt.
Das einzige Mal, wo Brennstoff durch die Düsen 118 und 120 hindurchtritt, findet dann statt, wenn diese Düsen mit den offenen inneren Enden der Zylinder 168 in Verbindung stehen über die Öffnungen 237, die im Rotorglied 138 vorhanden sind.
So lange die Brennstoffdüsen 118 und 120 effektiv mit den Zylindern 168 in Verbindung stehen, wird Brennstoff in das Innere der Zylinder eingespritzt. Unter Druck stehende Luft wird konstant durch die Luftkammer 68 hindurch zugeführt, so, dass solche Druckluft aus den inneren Enden der Bohrungen 76 und 78 (Öffnungen 77 und 79) abgegeben wird, wenn die Ausnehmungen 46 und 48 mit den Innenräumen der zugehörigen Zylinder in Verbindung stehen durch die Öffnungen 237 hindurch anlässlich der Drehung des Rotors um den stationären Kern 30. Es wird auch til unter Druck zu den Schmiernuten 42 und 44 zugeführt so wie schon erwähnt, so dass Schmieröl vorhanden ist zwischen der Innenoberfläche der ringförmigen Schultern 239 und 241 des Rotorgliedes 138 einerseits und der Aussenoberfläche des Kerngliedes 234 andererseits.
Der Schmierölfilm zwischen dem Kernglied 34 und dem Rotorglied
138 dient auch zum Abdichten der Öffnungen 237 gegen den Bereich ausserhalb des Rotors.
Die Fig. 2 veranschaulicht den oberen und den unteren Kolben in den Lagen, die sie beim Zündpunkt einnehmen. IL dieser Lage liegen die an den Kolben vorgesehenen Rollen am oberen Totpunktzentrum 232 der Erhebung 216 bzw. 218 an.
Da die Wirkungsweise des oberen Kolbens derjenigen des unteren Kolbens (Fig. 2) ähnlich ist, wird nur die Wirkungsweise des oberen Kolbens erläutert. Angenommen das die Luft und der Brennstoff in das Innere des Zylinders eingeführt worden sind, so wird dank der Form der Kurvenscheibe das Brennstoffund Luftgemisch bis zu einem Maximalkompressionsgrad verdichtet am oberen Totpunktzentrum, bei welchem die Zündung eingeleitet wird. Bevor der Druck im Zylinder sich aufbauen kann, über gewünschte Grenzen hinaus, wird dem Kolben ermöglicht, eine geringfügige Bewegung im Expansionssinne durchzuführen zu seiner Ruhelage 234 worauf er in der gleichbleibenden Expansionslage gehalten wird, bis die Verbrennung abgeschlossen ist.
Während der Verweilperiode baut sich der Verbrennungsdruck auf bis zum maximalmöglichen Druck und der Verbrauch der totalen Charge, wobei aber der Druck nicht über gewünschte Grenzen hinaus ansteigt, weil das Volumen der Brennkammer vorbestimmt worden ist durch den Ruheabschnitt in der Wirkfläche der Kurvenscheibe. Nach abgeschlossener Verbrennung, bei der im wesentlichen die totale im Brennstoff enthaltene chemische Energie in Wärme umgesetzt worden ist, wird dem Kolben erlaubt, die Expansionsbewegung durchzuführen und dadurch diese Wärmeenergie in mechanische Energie bzw. in Drehmoment umzusetzen aber nicht bevor die Verbrennung abgeschlossen und somit die gesamte Wärmeenergie freigesetzt ist am Beginn des Expansionshubes am Ende des Ruheabschnittes.
Das geringfügige Ausfahren anschliessend an das Durchiau- fen des oberen Totpunktes ergibt mehrere Vorteile. Ein erster Vorteil liegt darin, dass es die Möglichkeit ausschliesst, dass die
Spitzendrücke zu stark ansteigen; um dem Kolben zu erlauben dieses Ausfahren durchzuführen, kann durch die Verbrennung kein Druck entstehen, der höher ist als dies möglich ist bei dem Volumen bei geringfügig ausgefahrenem Kolben. Ein zweiter Vorteil liegt darin, dass die Genauigkeit, mit welcher der Zündpunkt bestimmt sein muss, geringer ist, da zwischen Grenzwerten es nur erforderlich ist, die Zündung spät genug zu legen, um es dem Kolben zu ermöglichen, sich vorgängig der Verbrennung in die Ruhelage zurückzuverschieben.
Falls die Zündung später stattfindet als erwünscht, und der Kolben noch früher vor dem Zeitpunkt in seiner Ruhe gelangt, als dies erforderlich ist, so bedeutet dies kein grosser Verlust, da die Verbrennung einsetzt, währenddem der Kolben in der Ruhelage verweilt. Der dritte Vorteil ergibt sich von einem günstigen Ablauf der Verbrennung. Da nämlich der Motor abgestimmt werden kann im Sinne des Eliminierens einer Detonation, ist es nunmehr möglich, ein schnell brennendes Brennstoff- und Luftgemisch vorzusehen, ohne Bleieinschluss oder sonstige Brennstoffverzögerungseinschlüsse (combustion deterrents).
Da die Verbrennung in einer Kammer stattfindet, die gross genug ist, um die gesamte expandierte Ladung bei einem zufriedenstellenden Druck zu enthalten, besteht kein Grund, die Verbrennung aufzuerhalten, und somit ist es erlaubt, Brennstoff in verflüchtigtem Zustand zu verwenden und zwar Brennstoff ohne die eben erwähnten Einschlüsse.
Da der Motor eine rasche Verbrennung bewerkstelligt, ohne dass übermässige Drücke entstehen, bzw. ohne dass eine Detonation stattfindet, ist es möglich, mit einem hohen Luft-zu Brennstoffverhältnis zu arbeiten, und vollständig verflüchtigten Brennstoff zu verarbeiten zwecks Erreichung einer vollständigen Verbrennung bei der kein Kohlenstoffmonoxyd entsteht und keine unverbrannten Wasserkohlenstoffe übrigbleiben. Da im übrigen der Druck und die Temperatur in der Verbrennungskammer begrenzt bleiben, werden die übermässig hohen Temperaturen vermieden, bei der Stickstoffoxyde entstehen.
Des weiteren wird der Wirkungsgrad des Motors verbessert, weil in vorteilhafter Weise das vollständig expandierte Gas am oberen Endpunkt des Expansionshubes verwendet wird über die ganze Länge des Expansionshubes anstatt dass ein Teil der Verbrennung bis über den Zeitpunkt hinaus verzögert wird, bei dem der Kolben bereits einen Teil des Expansionshubes zurückgelegt hat. Zusammenfassend ermöglicht die Form der Kurvenfläche eine maximale Kompression am oberen Totpunktzentrum zur Erzeugung von Zündtemperaturen. Dem Kolben wird dann gestattet sich geringfügig im Sinne der Expansion zu verlagern bis in eine Ruhelage, bei welcher die Brennkammer gross genug ist, um die totale verbrannte Charge aufzunehmen, ohne dass ein Druck entsteht, der ein erwünschtes Maximum übersteigt.
Die Ruhelage wird dann vorüberge hend beibehalten, bis die Verbrennung im wesentlichen abgeschlossen ist, bevor die Expansionsbewegung des Kolbens durchgeführt wird zur Durchführung der Expansion und des Auslasses.
Die exakte Abstimmung der Zündung wird gesteuert durch den Punkt, bei welchem der Brennstoff eingespritzt wird, ähnlich wie bei einem herkömmlichen Dieselmotor, aber die Zündung ist spät genug gelegt um es dem Kolben zu ermöglichen, die Ruhelage zu erreichen, bevor der bei der Verbrennung stattfindende Druckaufbau erfolgt.
Es sei nun angenommen, dass die Verbrennung stattgefunden habe, und dass der Kolben sich am Ruheabschnitt vorbeibewegt habe; der Kolben beginnt nun sich nach aussen zu bewegen zu einer Expansionslage hin inbezug auf den Zylinder so, dass sich die Rolle an der Wirkfläche der Kurvenscheibe abwälzt vom Ruheabschnitt weg auf dem Wirkflächenabschnitt
222, wobei die Expansionsbewegung des Kolbens die Drehung des Rotors 136 und der Welle 66 herbeiführt. Der Verlauf des
Wirkflächenabschnittes 222 ist so gewählt, dass es dem Kolben ermöglicht ist, sich zu einer Expansionslage hin zu bewegen bei einer verhältnismässig grossen Geschwindigkeit nach Verlassen des Ruheabschnittes und nach vollständig stattgefundener Verbrennung.
Der Kolben setzt die Expansionsbewegung fort unter Einwirkung des Druckes, der anlässlich der Verbrennung erzeugt wurde; er durchfährt dabei eine Lage, bei welcher er die Auslassöffnungen 182 im Zylinder freigibt, um so den Auspuffgasen zu ermöglichen, nach aussen zu entweichen. Dieses Auspuffen erfolgt wenn der Kolben dem Wirkflächenabschnitt
130, gegenüber liegt.
Wie schon erwähnt wird unter Druck stehende Luft fortwährend den Ausnehmungen 46 und 48 zugeführt, damit solche Luft in die Zylinder hineingedrängt wird, wenn die Ausnehmungen 46 und 48 mit ihnen in Verbindung stehen durch die Öffnungen 237 hindurch während der Drehung des Rotors und der Zylinder. Die unter Druck stehende Luft wird in die Zylinder hineingedrängt, was das Herausspülen der Auspuffgase aus den Zylindern begünstigt, wenn der Oberteil des Kolbens sich bis unter die Öffnungen 182 bewegt hat. Das Stehenbleiben des Kolbens am unteren Endpunkt des Hubes (230) wird leicht modifiziert durch den Verlauf der Kurvenscheibenwirkfläche und die dafür in Anspruch genommene Zeit beträgt 50% oder mehr der Totalzeit des Ablaufes eines herkömmlichen Viertaktzyklus.
Während dieser ganzen Zeit wird Umgebungsluft vom Luftgebläse durch den Zylinder hindurch gedrückt und durch die Auspufflöcher 182 vom Zylinder heraus. Diese Luft spült nicht nur die Auslassgase aus dem Zylinder sondern hilft beim Kühlen des Motors und auch beim Wiederaufladen des Zylinders für den nächsten Zyklus.
Das Luftvolumen, das durch die Öffnungen 182 strömt, ist nicht annähernd so gross wie jenes das erforderlich ist, zum Kühlen eines Zylinders von einer Aussenfläche her. Jedoch ist die Oberflächentemperatur an der Innenseite des Zylinders (300-500 ) erheblich höher als an der Aussenoberfläche des Zylinders und somit ist der Wärmeübergang von der Innenoberfläche des Zylinders an die Luft erheblich grösser als dies möglich ist beim Kühlen des Zylinders von aussen her. Es hat sich auch herausgestellt, dass eine geringere Luftmenge, die an der Innenseite des Zylinders wirksam ist, vollständig genügt wegen der grösseren Temperaturdifferenz und der daraus ergebenden stärkeren Fühlungsrate.
Da ausserdem der Verlauf der Bewegung der Kolben in den Zylindern durch den Verlauf einer Kurvenfläche gesteuert wird, ist es eine einfache Sache, den Kompressionshub und insbesondere den Expansionshub in eine kürzere Zeitperiode hineinzudrängen, so dass weniger Wärme in die Zylinderwandung hineinverloren geht und somit weniger Fühlung erforderlich ist. Da ausserdem diese Kompressionen und die Expansionszeit verkürzt ist, kann mehr Zeit zugestanden werden für die Kühlung.
Das Hineindrücken von Luft in die Zylinder ergibt auch einen zusätzlichen Effekt. In üblichen Drehverbrennungsmotoren wird Zentrifugalkraft verwendet, um die Kolben an die Kurvenscheibe anzudrücken. Zentrifugalkraft allein genügt aber nicht, um den Saugeffekt zu überwinden, wenn die Kolben in der herkömmlichen Weise die Luftcharge einsaugen sollen.
In dem hier beschriebenen Motor wird das Luftgebläse verwendet zum Beladen der Zylinder, wodurch die Luft unter Druck in die Zylinder eingelassen wird, so dass anstatt einem die Auswärtsbewegung der Kolben verlangsamenden Sog einen Druck erzeugt wird, der im gleichen Sinne wie die Zentrifugalkraft wirksam ist, um die Kolben mittels ihrer Rollen an die Wirkfläche der Kurvenscheibe anzudrücken. Der die Kolben beaufschlagende Luftdruck gibt dafür Gewähr, dass die an den Kolben vorgesehenen Rollen an den Kurvenscheibenwirkfläche anliegen und zusätzlich ergibt sich ein Aufladeeffekt.
Im weiteren Verlauf des Arbeitszyklus wird die in das Innere des Zylinders geförderte Luft komprimiert, währenddem sich die dem Kolben zugehörige Rolle den Abschnitt 224 der Wirkfläche der Kurvenscheibe nähert. Der Kolben wird dabei im Zylinder einwärts bewegt, und schliesst dabei die Öffnungen 182 so, dass die Luft im Zylinder komprimiert werden kann. Es findet nun die Kompression der Luft statt und es wird Brennstoff in den Zylinder eingespritzt, wenn die Düsen
118 und 120 die Öffnungen 237 überdecken; anschliessend erfolgt die Zündung, wie schon oben beschrieben.
Wichtig ist auch, dass beim beschriebenen Motor die von Vibrationen herrührende Probleme in grossem Ausmass reduziert sind. Bei einem herkömmlichen Motor mit Kurbelwelle entstehen leichte Vibrationen infolge der Hin- und
Herbewegung der Kolben und anderer hin und her bewegter Teile. Dieses Vibrationsproblem wird stark vermindert, dank der Tatsache, dass zwei diametral gegenüberliegende Kolben gegenläufige Bewegungen ausführen. Da an der Kurvenscheibe zwei Erhebungen einander diametral gegenüberliegend, vorgesehen sind, wird ein vollständiger Arbeitszyklus bei jeder Umdrehung des Rotors in jedem der beiden Zylinder zwei Mal durchgeführt.
Ferner wird dank der Anordnung der Kolben einer diametral gegenüber dem anderen und dank der gleichzeitigen Beaufschlagung derselben durch die bei der Verbrennung erzeugten Drücke erreicht, dass die am Rotor wirksamen Kräfte im Sinne der Erzeugung eines reinen Drehmomentes wirksam sind, wodurch die Belastung der Rotorlager vermindert wird.
Ausserdem werden diese an den Kolben wirksamen Kräfte direkt auf die Kurvenscheibe übertragen, was zur Folge hat, dass alle diese bei den Arbeiten entstehenden Kräfte auf die
Kurvenscheibe konzentriert werden, welche dasjenige Glied ist, welches am ehesten befähigt ist, solchen Kräften zu widerste hen. Die von der Verbrennung herrührenden und in den
Zylindern wirksamen Kräfte veranlassen, das Rotorglied 138 einwärts zu drücken in stehende Anlage am stationären
Kernglied 34, damit sich eine gute Abdichtung ergibt.
Aus den obigen Darlegungen kann ersehen werden, dass der vorgeschlagene Verbrennungsmotor es ermöglicht, eine vortreffliche Methode durchzuführen zum Kühlen der zugehö rigen Zylinder durch Einführung von Kühlerluft, die zur
Kühlung der Zylinderinnenwandung beiträgt, während eines erheblichen Teiles jedes Arbeitszyklus, wodurch sich ein erheblich verbesserter Wirkungsgrad des Motors ergibt. Ferner ist len Darlegungen zu entnehmen, dass neue Mittel geschaffen wuraen, zur Erreichung einer vortrefflichen Verbrennung durch
Schaffung eines geringfügigen Ruheabschnittes hinter jedem oberen Totpunktzentrum an den Kurvenscheibenerhebungen.
Die durch die Zylinder hindurch geführte Luft trägt nicht nur zur Kühlung der Zylinder bei, sondern dient auch dazu, mitzuhelfen, die Kolben an die Wirkfläche der Kurvenscheibe anzudrücken. Somit sind zumindest alle die eingangs erwähnten
Zielsetzungen erfüllt.
The invention relates to a method for operating an internal combustion engine and a device for carrying out the method.
In common internal combustion engines, the heat generated in the explosion is partially dissipated or dissipated into the metallic wall of the combustion chamber, after which this heat, after passing through this wall, is radiated to the environment by means of ribs on the same or given off to liquid that is in one of the The cylinder surrounding the jacket is located.
In rotary internal combustion engines of the cam disk type, the rollers provided on the pistons are forced to rest against the cam disks from the outside so that they follow their course. Often the centrifugal force is not great enough to overcome the suction effect when the pistons are supposed to suck in air in the conventional manner.
In a common auto-ignition or spark-ignition engine, there are occasional detonation and / or pre-ignition difficulties caused by the sudden rise in temperature and pressure immediately after ignition while the crank is still close to, and very close to, its top dead center little volume is available into which the gas can expand. To overcome this problem it has already been proposed to use a combustion retarder, e.g.
a wire, and it has also been proposed to slowly inject the fuel into the cylinder, e.g. B. is the case with diesel engines so that the combustion takes place slowly as the piston moves downwards in the cylinder. This solution requires very careful tuning and control and it is often not sufficient because part of the combustion is delayed until the piston has completed almost the entire expansion stroke.
Conventional rotary internal combustion engines have encountered difficulties in sealing the individual cylinders, air openings, gas openings, etc. Elaborate locking mechanisms have been used, but the problem has largely remained unsolved. Another difficulty with internal combustion engines is distributing the air and fuel to each cylinder in a timely and effective manner.
An object of the invention is a method of operating an internal combustion engine having a housing, an output shaft and a plurality of cylinders with pistons reciprocable therein which are in driving connection with the shaft, characterized by introducing fuel into the cylinders and burning of this fuel, thereby forcing the pistons to expand in the associated cylinders, and by cooling the cylinders internally such that an excess amount of ambient air is introduced directly into the cylinders to cool the pistons and the interior of the cylinders excess amount of air is considerably greater than that which would be required to expel the combustion gases, further characterized in that
that in order to cool the pistons and the interior of the cylinders, the ambient air is introduced into the cylinders for a period of time which is greater than the power-generating part of the expansion stroke of the pistons that is required to expel the combustion gases.
Another object of the invention is a device for performing the method for operating an internal combustion engine with a housing, a shaft rotatably mounted in the housing and extending out of it, a plurality of cylinders in each of which a piston works, and means for supplying of fuel to these cylinders, characterized by means for supplying relatively cool ambient air directly into the interior of the cylinder for expelling combustion gases from the interior of the cylinder and for cooling the piston and the interior of the cylinder, the air supply means being designed such that the Air is supplied to the cylinders for a period of time which is greater than the power-generating part of the piston expansion stroke.
The invention is explained below with reference to the accompanying drawings, for example. Show it:
Fig. 1 is a perspective view of an embodiment of the engine according to the invention,
FIG. 2 shows an enlarged cross-section of FIG. 1, with parts cut away,
3 is a perspective view of one of the cylinders of the engine;
4 shows a plan view of the cam disc used,
FIG. 5 shows an enlarged plan view of a section of the cam disk according to FIG. 4,
Fig. 6 is a longitudinal section of the engine shown in Fig. 2,
7 is an end view of one of the rotor members,
Fig. 8 is a partial view of the rotor shown in Fig. 7, Fig. 9 is a partial view of the rotor member along the line 9-9 of Fig. 8,
Fig. 10 is a section along the line 10-10 of Fig. 7,
Fig.
11 is a plan view of another rotor member;
Fig. 12 is an end view of the rotor member shown in Fig. 11,
13 is a sectional view along line 13-13 of FIG. 11,
14 is an end view of rotor members with parts broken away;
15 is a perspective view of the separated parts of the motor core;
16 is an improved section on line 16-16 of FIG.
15,
FIG. 17 shows an enlarged section along the line 17-17 of FIG. 15,
18 shows an enlarged section along the line 18-18 in FIG. 17,
19 shows an enlarged detail from FIGS
FIG. 20 shows an enlarged section along line 20-20 in FIG. 17.
The motor shown by way of example is referred to collectively with 10 and has housing parts 12 and 14 which are fastened to one another by screws 16, as shown in FIGS. 1 and 2. A cam disk 18 through which the screws 16 pass is arranged between the housing parts 12 and 14. This cam 18 is on the housing parts
12 and 14 centered by their annular recesses 20 and 22 (Fig. 6). The housing part 12 has an attached base 24 for mounting the motor.
The output shaft or rotor shaft 26 extends within the housing part 12 and is supported in the same by means of a main bearing 28. In summary, the reference numeral 30 relates to a core which extends through the housing part 14 such that its inner end 34 is initially located at the inner end of the shaft 26. The core 30 has two core members 34 and 36 secured together by pairs of bolts 38 and 40. The core member 34 is provided with a pair of spaced apart annular lubricating grooves 42, 44 in its peripheral surface, as shown in FIG. The core member 34 has the cutouts 46 and 48 on opposite sides, as also in Fig.
15 shown.
The core member 36 has an internally threaded opening 50 to which an oil conduit connector or conduit 52 is connected. This opening communicates with a bore 54 which extends radially inward therefrom, as shown in FIG. The inner end of the hole
54 is in communication with a longitudinal bore 56 which is connected to a
Longitudinal bore 58 of the core member 34 is in communication. An oil channel 60 extends in the radial direction from the bore
58 to the lubrication groove44. An oil passage 62 extends from the
Bore 58 to the lubrication groove 42. Pressure oil is supplied through the oil line 52 so that it is to the lubrication grooves 42 and
44 arrives to lubricate the rotor which is mounted there, as will be explained later.
The oil in the lubrication grooves 42 and 44 also serves to create a seal between the rotor and the core, as will be described below. The core member 36 is provided with a threaded hole
64 provided, into which an air line 66 is screwed.
The latter is connected to a source of compressed air. The
The threaded hole 64 opens into an air compartment 68, which is a
Has a pair of spaced apart channels or bores 70 and 72 extending longitudinally therefrom.
The core member 34 has a pair of air channels or bores 76, 78 which are connected to the bores 70 and 72 in communication. As can be seen from FIG. 20, the inner ends of the bores 76 and 78 are connected to the cutouts 48 and 46, respectively, to form air openings 77 and 79, respectively
15, there are four recesses 80, 82, 84, and
86 present on the lateral surface of the core member 36, at its inner end; these recesses serve to receive the head of screw bolts 88, 90, 92 or 94, which extend through openings 96 in flange part 98 of core link 34.
A threaded bore 100 is provided in the outer end 102 of the core member 36. A bore 104 extends longitudinally through the core member 36 away from the inner end of the bore 100 and connects it to a bore 106 extending longitudinally through the core member 34.
A metal tube 108 extends in bores 104 and
106 as shown in FIG. It has a flattened head section 110 which rests against the inner end of a fitting 112 which is screwed into the bore 100. A tapered valve seat 114 is provided in the core member 36 at the inner end of the bore 106 and the opening defined by it communicates with a transversely extending channel 116. The latter extends to the periphery of the core member 34 and receives a pair of replaceable fuel injectors 118 and 120 in its outer ends.
Designated at 122 is a manually adjustable needle valve which is inserted into the neck 124 which is screwed into the outer end of the fitting 112. The needle valve 122 rotatably extends through a bore 128 in fitting 112, through a bore 128 in fitting 112, and through the tube
106. Suitable sealing means 130 surround the needle valve 122, as also shown in FIG. The inner end of the needle valve 122 is provided with a tapered head part 132 which fits into the valve seat 114 so that the latter or the valve opening it delimits can be selectively opened and closed by the rotary movement of the needle valve 122.
The fuel line 134 is bolted to the fitting 112 and is in communication with the bore 128 to deliver fuel to that bore and the interior of the tube 108, the opening formed in the valve seat 114, and the bore 116. The fuel supply line 134 is in communication with a fuel under pressure.
A rotor is designated by 136, which is rotatably mounted on the core member 34 and has the rotor members 138, 140 and 142. The rotor member 140 has a hub 144 that is connected to a shell 148 by spokes 146. The latter has four circular openings 150. The hub 144 is fastened to the output shaft 26, for example by means of a spline connection 152. The jacket 148 consists of jacket parts 154 and 156 which are fastened to one another by screws 158 (FIG. 10). The rotor member 142 includes the rotor member 140 and has four circular openings 160 which are coaxial with the openings
150 of the rotor member 140 are aligned. The rotor member 142 consists of a pair of parts 162 and 164 that are secured together by bolts 166.
Designated at 168 is each of the cylinders which are inserted into one or the other of the openings 160 and have a flange 170 which, as shown in FIG. 6, rests on the rotor member 138. Each of the cylinders 168 is attached to the rotor member 138 by bolts that extend through openings 172 provided in the flange 170 and engage the rotor member 138.
Each of the cylinders 168 has an inner end portion 174 and a skirt 176; the latter has diametrically opposed slots 178, 180 and a plurality of outlet openings
182 distributed around the circumference. A piston 184, a head 186 and a jacket operate in each cylinder 168
188 has. A roller 190 is mounted on an axle pin 192 which is firmly seated in the jacket 188. The roller 190 rests on the active surface of the annular cam disk 18, on which it runs during the rotation of the rotor. The course of the effective area will be described in detail later. Each of the pistons has a plurality of openings 196 therethrough in its shell.
With 198 a ring is designated which surrounds the core member 34 and a bearing 200 carries. As can be seen from FIG. 6, the casing part 156 of the rotor member 140 is supported by means of the bearing 200. The inner end of the bolts 88, 90, 92 and 94 are screwed into the ring 198, as shown in FIG.
Bolts 202 extend through housing part 14 and are also screwed into ring 198. The bolts 38 and 40 extend through the openings 204 and 206 of the core member 36 and are screwed into the threaded holes 208 of the flange 98 of the core member 34.
An exhaust chamber 210 is provided in the engine and extends around each of the cylinders as shown in FIG. This exhaust chamber 210 communicates with a pair of exhaust pipes 212 and 214. The exhaust openings 182 in the cylinders 168 open into this exhaust chamber 210.
The effective surface 194 of the cam disk 18 has two diametrically opposite elevations 216 and 218. Each of these elevations has a rest section, as will be explained in more detail below. The curved surface sections present on the elevation 216 are designated by 220 and 222, and the curved surface sections present on the elevation 218 are designated by 224 and 226, respectively. The cam surface section connecting the cam surface sections 226 and 220 to one another is denoted by 228 and the cam surface section connecting the cam surface sections 222 and 224 to one another is denoted by 230.
5 illustrates the bump 216 in more detail. As a result of the bearing of the roller belonging to the piston against 232, the piston is caused to move inwardly in its cylinder in order to bring about maximum compression at the top dead center. As can be seen from FIG. 5, the elevation 216 has the rest section 234, which is curved along an arc, the center of which is located on the axis of the cam disk 18, whereby the piston is held in a stationary position. The circumferential extent of the rest section 234 is approximately 5 and the radius of curvature is, for example, 120.65 mm. The cam surface section 236 connects the maximally protruding part 232 with the section 234. The surface part 235 extends over approximately 3 "and has a radius of, for example, 25.4 mm.
The face portion 235 enables the piston to be moved slightly to an expanded position during a certain period after the maximum compression has taken place, as will be explained in more detail below. Since the elevations 216 and 218 are identical, a repeated description 218 is unnecessary. The lines 216a, 216b and 216c are radial lines which radiate from the geometric center of the cam disk 18. The lines 216a and 216b enclose an angle of 3 and delimit the curved surface section 235. The lines 216b and 216c enclose an angle of 5 and delimit the curved part 234. The center 235a of the part 235 which is curved after an arc of a circle is located on the line 216b.
In operation, fuel is supplied under pressure through the interior of the tube 106 and through the bore 116.
The only time fuel passes through the nozzles 118 and 120 is when those nozzles are in communication with the open inner ends of the cylinders 168 via the openings 237 provided in the rotor member 138.
As long as the fuel nozzles 118 and 120 are effectively in communication with the cylinders 168, fuel will be injected into the interior of the cylinders. Air under pressure is constantly supplied through the air chamber 68 so that such pressurized air is discharged from the inner ends of the bores 76 and 78 (openings 77 and 79) when the recesses 46 and 48 communicate with the interiors of the associated cylinders stand through the openings 237 on the occasion of the rotation of the rotor about the stationary core 30. It is also fed under pressure to the lubrication grooves 42 and 44, as already mentioned, so that lubricating oil is present between the inner surface of the annular shoulders 239 and 241 of the Rotor member 138 on the one hand and the outer surface of the core member 234 on the other hand.
The lubricating oil film between the core member 34 and the rotor member
138 also serves to seal the openings 237 from the area outside the rotor.
FIG. 2 illustrates the upper and lower pistons in the positions they assume at the point of ignition. In this position, the rollers provided on the pistons rest at the top dead center 232 of the elevation 216 or 218.
Since the operation of the upper piston is similar to that of the lower piston (FIG. 2), only the operation of the upper piston will be explained. Assuming that the air and the fuel have been introduced into the interior of the cylinder, thanks to the shape of the cam, the fuel and air mixture is compressed to a maximum degree of compression at the top dead center, at which the ignition is initiated. Before the pressure in the cylinder can build up beyond the desired limits, the piston is allowed to carry out a slight movement in the expansion sense to its rest position 234 whereupon it is held in the constant expansion position until the combustion is complete.
During the dwell period, the combustion pressure builds up to the maximum possible pressure and the consumption of the total charge, but the pressure does not rise beyond the desired limits because the volume of the combustion chamber has been predetermined by the rest section in the active surface of the cam disk. After the combustion has been completed, in which essentially the total chemical energy contained in the fuel has been converted into heat, the piston is allowed to carry out the expansion movement and thereby convert this thermal energy into mechanical energy or torque, but not before the combustion is completed and thus the all thermal energy is released at the beginning of the expansion stroke at the end of the rest section.
The slight extension after passing through the top dead center results in several advantages. A first advantage is that it eliminates the possibility that the
Peak pressures rise too much; in order to allow the piston to carry out this extension, the combustion cannot produce any pressure which is higher than is possible with the volume with the piston slightly extended. A second advantage is that the accuracy with which the ignition point has to be determined is less, since between limit values it is only necessary to set the ignition late enough to enable the piston to return to the rest position prior to combustion move back.
If the ignition takes place later than desired and the piston comes to rest before the point in time than is necessary, this does not mean a great loss, since the combustion begins while the piston remains in the rest position. The third advantage results from a favorable combustion process. Since the engine can be tuned to eliminate a detonation, it is now possible to provide a fast-burning fuel and air mixture without lead inclusions or other fuel delay inclusions (combustion deterrents).
Since the combustion takes place in a chamber large enough to contain all of the expanded charge at a satisfactory pressure, there is no need to stop the combustion and thus it is permissible to use fuel in a volatilized state, fuel without the inclusions just mentioned.
Since the engine burns quickly without creating excessive pressures or detonation, it is possible to work with a high air-to-fuel ratio and to process completely volatilized fuel in order to achieve complete combustion with none Carbon monoxide is formed and no unburned hydrocarbons are left. Moreover, since the pressure and temperature in the combustion chamber remain limited, the excessively high temperatures at which nitrogen oxides are formed are avoided.
Furthermore, the efficiency of the engine is improved because the fully expanded gas at the upper end point of the expansion stroke is advantageously used over the entire length of the expansion stroke instead of a part of the combustion being delayed beyond the point in time at which the piston is already one Has covered part of the expansion stroke. In summary, the shape of the curve surface enables maximum compression at the top dead center to generate ignition temperatures. The piston is then allowed to move slightly in the sense of expansion up to a rest position in which the combustion chamber is large enough to accommodate the total burned charge without creating a pressure that exceeds a desired maximum.
The rest position is then temporarily maintained until the combustion is essentially complete before the expansion movement of the piston is carried out to carry out the expansion and the outlet.
The exact timing of the ignition is controlled by the point at which the fuel is injected, similar to a conventional diesel engine, but the ignition is set late enough to allow the piston to reach the rest position before the combustion takes place Pressure builds up.
It is now assumed that the combustion has taken place and that the piston has moved past the rest section; the piston now begins to move outwards towards an expansion position in relation to the cylinder so that the roller on the active surface of the cam disk rolls away from the rest section on the active surface section
222, the expansion movement of the piston causing the rotor 136 and shaft 66 to rotate. The course of the
Effective surface section 222 is selected so that it is possible for the piston to move towards an expansion position at a relatively high speed after leaving the rest section and after complete combustion.
The piston continues to expand under the action of the pressure generated during the combustion; it passes through a position in which it releases the outlet openings 182 in the cylinder in order to enable the exhaust gases to escape to the outside. This exhausting occurs when the piston hits the active surface section
130, opposite.
As noted, pressurized air is continually supplied to the recesses 46 and 48 to force such air into the cylinders as the recesses 46 and 48 communicate with them through the openings 237 during rotation of the rotor and cylinders. The pressurized air is forced into the cylinders, which promotes the flushing of the exhaust gases from the cylinders when the top of the piston has moved below the openings 182. The stopping of the piston at the lower end point of the stroke (230) is slightly modified by the course of the cam disk effective surface and the time taken for this is 50% or more of the total time of the sequence of a conventional four-stroke cycle.
All this time, ambient air is being forced through the cylinder by the air blower and out of the cylinder through the exhaust holes 182. This air not only purges the exhaust gases from the cylinder, but also aids in cooling the engine and also in recharging the cylinder for the next cycle.
The volume of air which flows through the openings 182 is not nearly as large as that which is required for cooling a cylinder from an outer surface. However, the surface temperature on the inside of the cylinder (300-500) is considerably higher than on the outside surface of the cylinder and thus the heat transfer from the inside surface of the cylinder to the air is considerably greater than is possible when cooling the cylinder from the outside. It has also been found that a smaller amount of air which is effective on the inside of the cylinder is completely sufficient because of the greater temperature difference and the higher rate of contact resulting therefrom.
In addition, since the course of the movement of the pistons in the cylinders is controlled by the course of a cam surface, it is a simple matter to force the compression stroke and in particular the expansion stroke into a shorter period of time, so that less heat is lost into the cylinder wall and therefore less contact is required. In addition, since these compressions and the expansion time are shortened, more time can be allowed for cooling.
Forcing air into the cylinders also gives an additional effect. In conventional rotary internal combustion engines, centrifugal force is used to press the pistons against the cam disk. Centrifugal force alone is not enough to overcome the suction effect when the pistons are to suck in the air charge in the conventional manner.
In the engine described here, the air blower is used to load the cylinders, whereby the air is let into the cylinders under pressure, so that instead of a suction slowing the outward movement of the pistons, a pressure is generated which is effective in the same sense as the centrifugal force, to press the pistons against the active surface of the cam by means of their rollers. The air pressure acting on the pistons ensures that the rollers provided on the pistons are in contact with the active surface of the cam and, in addition, there is a charging effect.
In the further course of the working cycle, the air conveyed into the interior of the cylinder is compressed, while the roller associated with the piston approaches section 224 of the active surface of the cam disk. The piston is moved inwards in the cylinder and closes the openings 182 so that the air in the cylinder can be compressed. The air is now compressed and fuel is injected into the cylinder when the nozzles
118 and 120 cover the openings 237; then the ignition takes place, as already described above.
It is also important that in the motor described, the problems resulting from vibrations are reduced to a large extent. In a conventional engine with a crankshaft, slight vibrations arise due to the back and forth
Reciprocation of pistons and other reciprocating parts. This vibration problem is greatly reduced thanks to the fact that two diametrically opposed pistons make counter-rotating movements. Since two elevations are provided diametrically opposite one another on the cam disk, a complete working cycle is carried out twice for each rotation of the rotor in each of the two cylinders.
Furthermore, thanks to the arrangement of the pistons one diametrically opposite the other and thanks to the simultaneous application of the pressures generated during combustion to the same, the forces acting on the rotor are effective in terms of generating pure torque, which reduces the load on the rotor bearings .
In addition, these forces acting on the piston are transmitted directly to the cam disk, which means that all of these forces that arise during the work are transferred to the
Cam are concentrated, which is the link that is most likely to hen such forces to withstand. Those resulting from the combustion and in the
Cylinders acting forces cause the rotor member 138 to be pushed inward into standing engagement with the stationary
Core member 34 to provide a good seal.
From the above it can be seen that the proposed internal combustion engine makes it possible to carry out an excellent method for cooling the associated cylinders by introducing cooler air which is used for the
Cooling of the cylinder inner wall contributes, during a considerable part of each work cycle, which results in a considerably improved efficiency of the engine. Furthermore, it can be inferred from the explanations that new means were created to achieve an excellent combustion through
Creation of a slight rest section behind each top dead center on the cam plate elevations.
The air passed through the cylinders not only helps to cool the cylinders, but also helps to press the pistons against the active surface of the cam disk. So at least all of the ones mentioned at the beginning
Objectives met.