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Rotationskolben-Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf
eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, das aus einem Umschließungskörper
mit einer mindestens dreibogigen inneren Mantelfläche und Seitenteilen besteht,
die zusammen einen Innenraum einschließen, in welchem ein mindestens viereckiger
Kolben exzentrisch drehbar angeordnet ist, der mit seinen Ecken an der inneren Mantelfläche
entlanggleitet, wodurch mindestens vier volumenveränderliche Arbeitskammern gebildet
werden und wobei in den Seitenteilen und/oder im Umschließungskörper vom Kolben
übersteuerte Gaswechselkanäle vorgesehen sind.
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In derartigen Maschinen kann jede Arbeitskammer ein Sechstakt-Verfahren
durchführen, da sich das Volumen jeder Arbeitskammer bei einer Umdrehung des Kolbens
dreimal von einem Kleinstwert auf einen Größtwert und umgekehrt verändert. Es ist
bei solchen Maschinen bereits vorgeschlagen worden, im Anschluß an das normale Viertakt-Verfahren
eine verlängerte Dehnung vorzusehen oder Kühl- bzw. Spülluft anzusaugen und wieder
auszuschieben.
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Die Erfindung bezweckt, bei einer solchen Maschine eine zweistufige
Verdichtung der Verbrennungsluft oder des Kraftstoff-Luft-Gemisches ohne zusätzliche
Bauteile zu verwirklichen, um einen verbesserten Wirkungsgrad zu erzielen und vor
allem die Verwendung sowohl schwersiedender als auch leichtsiedender Kraftstoffe
zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße Maschine ist dadurch gekennzeichnet, daß in
einem Bogen des Gehäuses eine Einlaßöffnung für eine erste Ladung, in dem in der
Drehrichtung des Kolbens relativ zum Umschließungskörper folgenden Bogen eine weitere
Einlaßöffnung für eine zweite Ladung, wirkungsmäßig nach den beiden Einlaßöffnungen
ein überströmkanal zum 17berschieben der in einer Arbeitskammer verdichteten ersten
Ladung in die vorhergehende Arbeitskammer und in dem dritten Bogen eine Auslaßöffnung
für die verbrannten Gase vorgesehen ist.
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Die erfindungsgemäße Rotationskolben-Brennkraftmaschine arbeitet also
nach einem Sechstakt-Verfahren, bei welchem in jeder Arbeitskammer folgende sechs
Arbeitstakte durchgeführt werden: 1. Ansaugen einer ersten Ladung, 2. Verdichtung
der ersten Ladung und überschie, ben der verdichteten Ladung in die vorhergehende
Arbeitskammer, 3. Ansaugen einer zweiten Ladung, 4. Aufnahme der in der nachfolgenden
Arbeitskammer verdichteten ersten Ladung und Verdichten dieser und der im dritten
Takt angesaugten zweiten Ladung, 5. Expandieren der gezündeten ersten und zweiten
Ladung, 6. Ausschieben der verbrannten Gase.
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Die erfindungsgemäße Maschine kann auf verschiedene Weise betrieben
werden. So können die erste und die zweite Ladung aus reiner Luft bestehen, wobei
im geeigneten Moment Kraftstoff beispielsweise mittels einer Einspritzdüse oder
eines Druckvergasers zugegeben wird. Es kann aber auch die erste Ladung ein überfettetes
Kraftstoff-Luft-Gemisch und die zweite Ladung reine Luft sein, oder es kann sowohl
die erste Ladung als auch die zweite Ladung aus stöchiometrischem Kraftstoff-Luft-Gemisch
bestehen.
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Wenn in beiden Stufen reine Luft angesaugt wird, so ist es zweckmäßig,
im überströmkanal Mittel zur Kraftstoffbeimischung anzuordnen, wobei der Kraftstoff
von der überströmenden Luft mitgerissen wird. Der überströmkanal ist zweckmäßig
im Umschließungskörper des Gehäuses und derart angeordnet, daß ein Überströmen stattfindet,
wenn zwischen benachbartenArbeitskammern ein überkritisches Druckgefälle herrscht.
Dadurch wird die Überströrngeschwindigkeit so hoch wie möglich, und es ergibt sich
eine feine Gemischaufbereitung.
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Die Erfindung wird nachstehend an einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine
an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 bis 8 verschiedene aufeinanderfolgende
Phasenlagen einer erfindungsgemäßen Kreiskolbenmaschine in schematischer Darstellung,
Fig.
9 einen Längsschnitt gemäß Linie A-A in Fig. 10 durch eine aus zwei Kreiskolbenmaschinen
bestehende Doppeleinheit und Fig. 10 einen Querschnitt gemäß Linie B-B in Fig. 9.
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In Fig. 1 bis 8 ist der feststehende Umschließungskörper des Gehäuses
mit 1 und seine innere Mantelfläche, welche die Form einer dreibogigen Epitrochoide
aufweist, mit 2 bezeichnet. Der geometrische Mittelpunkt des Umschließungskörpers
1 liegt bei A. In dem Umschließungskörper 1 ist um die Achse B drehbar der Kolben
3 angeordnet, der vier Ecken 4 aufweist, mit denen er ständig an der inneren Mantelfläche
2 des Umschließungskörpers 1 entlanggleitet, wodurch vier volumenveränderliche Arbeitskammern
V1, V2, V" und V4 gebildet werden. Bei der Drehung des Kolbens 3 in Pfeilrichtung
beschreibt die Achse B des Kolbens 3 einen Kreis um den geometrischenMittelpunktA
desUmschheßungskörpersl.
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Die innere Mantelfläche 2 des Umschließungskörpers 1 besitzt drei
achsennahe Zonen 5, 5 a und 5 b,
wobei kurz nach der achsennahen Zone
5 in bezug auf die Drehrichtung des Kolbens 3 eine Einlaßöffnung 6 vorgesehen ist.
Vor dieser achsennahen Zone 5 ist ein Auslaßkanal 7 angeordnet, während nach der
nächsten achsennahen Zone 5 a eine weitere Einlaßöffnung 8 vorgesehen ist.
Wirkungsmäßig nach den beiden Einlaßöffnungen 6 und 8 ist ein überströmkanal 9 in
der Mantelfläche des Umschließungskörpers 1 angeordnet.
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Im folgenden soll das Verhalten der Kammer Vl durch die gezeigten
Phasen verfolgt werden, wobei diese Kammer V1 in den ersten acht Phasen als Kammer
V1, in den folgenden acht Phasen als Kammer V2, in den nächsten acht Phasen als
Kammer V3 und in den letzten acht Phasen als Kammer V4, jeweils durch die Fig. 1
bis 8, in Erscheinung tritt.
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Fig. 1 zeigt die Kammer V1 kurz nach dem oberen Totpunkt, wobei der
Einlaß 6 von der Außenkontur des Kolbens 3 zum Teil freigegeben ist. Die Kammer
V1 vergrößert in den folgenden Phasen bis Fig. 5 ihr Volumen und saugt beispielsweise
überfettetes Kraftstoff-Luft-Gemisch 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 V1 in. die Lage der Kammer V2 in Fig.1.
DerVerdichtungstakt nähert sich seinem Ende, und das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch
wird durch den überströmkanal 9 in die vorausgehende Kammer V3 eingeblasen. In Fig.
5 wird der zweite Einlaß 8, diesmal für Frischluft, freigegeben, und die Kammer
V2 saugt Frischluft an. Diese Freigabe des zweiten Einlasses 8 erfolgt erst dann,
wenn der Druck in der Arbeitskammer V2 auf atmosphärischen Druck gesunken ist, um
Leistungs-und Füllungsverluste zu vermeiden. In der Phase der nunmehrigen Kammer
V3 zwischen Fig. 1 und 2, und zwar nach Schließen des zweiten Einlasses 8, wird
nun durch den überströmkanal9 vorverdichtetes überfettetes Kraftstoff-Luft-Gemisch
aus der nachfolgenden Kammer V2 eingeblasen. Dann wird der Inhalt der Kammer V3,
bestehend aus der durch den zweiten Einlaß 8 angesaugten und der durch den Überströmkanal
übergeschobenen 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 Expansionstakt, der mit der Freigabe des Auslaßkanals
7 (s. Fig. 2 für Kammer V4) endet. Im Anschluß daran erfolgt das Ausschieben der
verbrannten Gase bis zur Stellung Fig. 8 für Kammer V4, worauf in Fig. 1 für die
Kammer V1 wieder die Ansaugung beginnt.
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Dieser beschriebene Vorgang läuft mit entsprechender Phasenverschiebung
für jede der Kammern V1, V2, V3 und V4 ab.
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Während bei den vorhergehenden Ausführungen angenommen wurde, daß
durch das Einlaßfenster 6 überfettetes Kraftstoff-Luft-Gemisch und durch das Einlaßfenster
8 reine Luft angesaugt wird, ist es auch möglich, durch beide Fenster 6 und 8 entweder
ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch oder auch reine Luft anzusaugen, wobei
im letzteren Fall eine Kraftstoffzugabe erfolgen muß, beispielsweise indem in dem
überströmkanal 9 ein Druckvergaser angeordnet ist oder indem in die Kammer V3 in
der Stellung gemäß Fig. 2 Kraftstoff eingespritzt wird.
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Der Umschließungskörper 1 braucht nicht, wie angenommen, feststehend
zu sein, sondern er kann auch um seinen MittelpunktA rotieren, und zwar mit einem
Drehzahlverhältnis von 4 : 3 zum Kolben 3. Die Relativbewegung des Kolbens 3 zu
dem Umschließungskörper 1 ändert sich dabei nicht, so daß die beschriebenen Verhältnisse
auch für eine Brennkraftmaschine mit rotierendem Umschließungskörper, eine sogenannte
Drehkolben-Brennkraftmaschine, Geltung haben.
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Ein konstruktives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kreiskolben-Brennkraftmaschine
in Form einer Doppehnaschine ist in Fig. 9 und 10 im Uängs- und Querschnitt dargestellt.
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Das Gehäuse der Doppelmaschine besteht aus den Seitenteilen
10 und 11 und den Umschließungskörpern 12 und 13 der Motoren 1 und
II und aus der gemeinsamen Zwischenwand 14. Die inneren Mantelflächen 2 der
Umschließungskörper 12, 13 haben die Form einer dreibogigen Epitrochoide und liegen
in Phase. In dem Gehäuse ist über Lager 16, 17 eine Welle 15 drehbar gelagert, die
zwei entgegengesetzt gerichtete Exzenter 18,19 aufweist. Auf den Exzentern 18, 19
sind Rollenlager 20, 21 angeordnet, auf denen die Kolben 22 und 23 drehbar gelagert
sind. Zwischen jedem Kolben 22 und 23 und dem benachbarten Seitenteil 10 bzw. 11
des Gehäuses ist ein Getriebe 24 bzw. 25 angeordnet, welches ein bestimmtes Drehzahlverhältnis
zwischen den Kolben und der Exzenterwelle 15 erzwingt. Mit 26 und 27 sind Ausgleichsgewichte
bezeichnet, die auf der Welle 15 angeordnet sind.
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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 17berströmkanal bezeichnet, die alle im Umschließungskörper 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,
und zwar sind in. dem Ausführungsbeispiel für beide Motoren I und 1I 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 rechtwinklig
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 aneinandergerückt werden können.
Mit 34 und 35 sind Kühlflüssigkeitszu- und -abläufe bezeichnet.
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In Fig. 10 ist der Kolben 23 des Motors 1I strichpunktiert eingezeichnet,
um die Phasenlage der beiden Kolben 22 und 23 zueinander kenntlich zu machen. Der
Aufbau des Motors 1I entspricht ansonsten genau demjenigen des Motors I.
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Während in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Einlaßfenster in
einem Seitenteil des Gehäuses angeordnet sind, ist es selbstverständlich auch möglich,
diese Fenster in ähnlicher Weise wie den Auslaßkanal 28 im Umschließungskörper anzuordnen.