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Bei Kreiskolben-Brennkraftmaschinen in Trochoidenbauart, deren Gehäuse
eine zweibogige innere Mantelfläche aufweist, bereitet die Anwendung des Dieselverfahrens
gewisse Schwierigkeiten, die in erster Linie darauf zurückzuführen sind, daß die
für das Dieselverfahren erforderliche hohe Verdichtung einen kleinen Schwenkwinkel
erfordert. Dadurch ergibt sich ein verhältnismäßig großes Bauvolumen für eine gegebene
Kammergröße, eine große Oberfläche der Arbeitskammer im Moment der Zündung, ein
langgestreckter, sichelförmiger Brennraum, der mit einer Einspritzdüse nur unvollkommen
erfaßt werden kann, und eine verhältnismäßig schwache Exzenterwelle, da deren Durchmesser
durch das Ritzel des den Kolben in Phase haltenden Zahnradgetriebes begrenzt ist.
Es wurde daher bereits versucht, Dieselmaschinen zu bauen, deren Schwenkwinkel größer
ist und etwa demjenigen von Otto-Kreiskolben-Brennkraftmaschinen entspricht, wobei
das für die Selbstzündung des Kraftstoffes erforderliche hohe Verdichtungsverhältnis
durch Aufladung der Brennkraftmaschinen erreicht wurde. Dabei wird die gesamte,
von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge in dem Lader so weit vorverdichtet,
daß bei der nachfolgenden Verdichtung in der Brennkraftmaschine das erforderliche
hohe Verdichtungsverhältnis erreicht wird. Diese Ausführung hat den Nachteil, daß
der Lader groß bemessen werden muß und daß beim Überströmen der vorverdichteten
Ladung in die Ansaugkammer der Brennkraftmaschine erhebliche Drosselverluste entstehen.
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Es ist auch ein Brennkraftmaschinensatz bekannt, der aus zwei innenachsigen
Kreiskolben-Viertakt-Brennkraftmaschinen mit zweibogiger innerer Mantelfläche und
dreieckigem, drehbar auf einer Exzenterwelle angeordnetem Kolben sowie einem Kreiskolben-Verdrängerlader
gleicher Bauart besteht, wobei die Brennkraftmaschinen im Bereich ihres Verdichtungsraumes
eine Ladeöffnung aufweisen, die mit den Arbeitsräumen des Verdrängerladers über
eine Leitung verbunden sind. Dabei ist jede Brennkraftmaschine mit einer eigenen
Einlaßöffnüng und der Verdrängerlader mit zwei Einlaßöffnungen versehen, die jeweils
von den Kolben der betreffenden Maschine übersteuert werden. Die Brennkraftmaschinen
und der Verdrängerlader saugen jeweils für sich an, und durch entsprechende Anordnung
der Ladeöffnungen wird erreicht, daß die vom Lader verdichtete und in die Brennkraftmaschine
übergeschobene Ladung zusammen mit der von den Brennkraftmaschinen angesaugten Ladung
in den Brennkraftmaschinen weiter verdichtet wird. Dabei kann in den Brennkraftmaschinen
ein Verdichtungsenddruck erreicht werden, der zur Durchführung eines Dieselverfahrens
ausreicht, ohne daß wie bei anderen bekannten aufgeladenen Brennkraftmaschinen die
gesamte Ladung im Verdrängerlader vorverdichtet wird. Der Verdrängerlader kann somit
kleiner bemessen werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennkraftmaschinensatz, der
nach dem Dieselverfahren arbeitet, der aus einer innenachsigen Kreiskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine
mit einer zweibogigen inneren Mantelfläche und einem dreieckigen, drehbar auf einer
Exzenterwelle angeordneten Kolben sowie einem mit dieser gekoppelten Verdrängerlader
besteht, wobei die Brennkraftmaschine im Bereich ihres Verdichtungsraumes eine Ladeöffnung
aufweist, die mit dem Arbeitsraum des Verdängerladers über eine Leitung verbunden
ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufbau eines derartigen Brennkraftmaschinensatzes
und vor allem die Steuerung des Verdrängerladers zu vereinfachen. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verdrängerlader mit der Exzenterwelle
der Brennkraftmaschine derart gekoppelt ist, daß er bei 360° Exzenterwellen-Drehwinkel
einen Ansaug- und einen Kompressionstakt ausführt und sein Kompressionstakt gleichzeitig
mit oder kurz vor dem Kompressionstakt der Brennkraftmaschine beginnt und daß sein
Arbeitsraum nur mit der Ladeöffnung in Verbindung steht und diese Ladeöffnung im
Bereich der achsfernen Zone des Mantels angeordnet ist. Da sich der Kompressionstakt
der Kreiskolben-Brennkraftmaschine über 270°, derjenige des Laders aber nur über
180° erstreckt, so ist bei gleichzeitigem Beginn der Kompressionstakte in beiden
Maschinen der Kompressionstakt des Verdrängerladers und damit der Überströmvorgang
90° Exzenterwellen-Drehwinkel vor dem Ende des Kompressionstaktes der Brennkraftmaschine
beendet, d. h., die von der Brennkraftmaschine selbst angesaugte Ladung und die
von dem Lader übergeschobene Ladung werden während dieser 90° Exzenterwellen-Drehwinkel
zusammen in der Brennkraftmaschine verdichtet. Am Ende des Kompressionstakts des
Verdrängerladers hat die nachfolgende Arbeitskammer der Brennkraftmaschine bereits
über 90° Exzenterwellen-Drehwinkel angesaugt, und es wird nun von dem Kolben der
Brennkraftmaschine die Ladeöffnung wieder freigegeben, so daß der Verdrängerlader
durch die ansaugende Kammer der Brennkraftmaschine hindurch ansaugen kann. Dieses
gemeinsame Ansaugen erfolgt über 180° Exzenterwellen-Drehwinkel, worauf in beiden
Maschinen während der nächsten 180° Exzenterwellen-Drehwinkel der Kompressionstakt
bei ständig offener Verbindungsleitung erfolgt. Am Ende dieser 180° ist der Kompressionstakt
des Verdrängerladers und der Überströmvorgang beendet, und der Arbeitsraum des Verdrängerladers
ist wieder zum Ansaugen von Ladung durch die nächste, nun im Ansaugtakt befindliche
Arbeitskammer der Brennkraftmaschine bereit. Der erfindungsgemäße Vorschlag hat
den großen Vorzug, daß der Ladungswechsel des Verdrängerladers nicht von dem Verdrängerlader
selbst gesteuert wird, sondern von dem Kolben der Brennkraftmaschine, da der Verdrängerlader
durch die ansaugende Arbeitskammer der Brennkraftmaschine hindurch ansaugt und die
verdichtete Ladung durch die gleiche Leitung in die gleiche Arbeitskammer überschiebt.
Wenn man als Verdrängerlader eine Rotationskolbenmaschine in Trochoidenbauart mit
einem übersetzungsverhältnis von 1 : 2 verwendet, die zwei Arbeitsräume aufweist,
wird wegen des Ansaugens und Ausschiebens durch eine Leitung für diesen Vorgang
nur ein Arbeitsraum benötigt, während der andere Arbeitsraum für andere Zwecke verwendet
werden kann. Selbstverständlich kann als Verdrängerlader auch ein Hubkolbenlader
verwendet werden, der in seiner Bauart sehr einfach gehalten werden kann, da er
keine Einlaß- und Auslaßventile oder sonstige Steuerorgane benötigt.
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Um die durch den Betrieb des Laders benötigte Leistung aufzubringen,
wird normalerweise eine Nachexpansionsmaschine, z. B. eine Abgasturbine, vorgesehen.
Dabei werden die Verbrennungsgase nach ihrer Expansion in der Brennkraftmaschine
in
die Expansionsmaschine übergeführt, wo sie weiter expandieren
können. Um bei dem erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinensatz nicht nur den Leistungsbedarf
des Laders zu decken, sondern gleichzeitig auch den Wirkungsgrad der Maschine zu
erhöhen, wird analog zur Anordnung des Verdrängerladers erfindungsgemäß vorgeschlagen,
mit der Exzenterwelle der Brennkraftmaschine auch eine Expansionsmaschine derart
zu koppeln, daß sie bei 360° Exzenterwellen-Drehwinkel einen Expansions- und einen
Ausschubtakt ausführt und ihr Expansionstakt nach dem Beginn des Expansionstakts
der Brennkraftmaschinen beginnt und gleichzeitig mit oder nach diesem endet und
ihr Arbeitsraum nur mit einer Ausschuböffnung im Bereich der achsfernen Zone der
Expansionskammer der Brennkraftmaschine durch eine Leitung in Verbindung steht.
Die Expansionsmaschine benötigt wiederum keine eigene Steuerung, da sie durch die
gleiche Leistung expandierende Gase aus der Expansionskammer der Brennkraftmaschine
erhält und die expandierten Gase durch die gleiche Leitung und durch die nun im
Ausschubtakt befindliche Arbeitskammer der Brennkraftmaschine ausschiebt. Die Expansionsmaschine
kann eine Hubkolbenmaschine sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, auch als
Expansionsmaschine eine Rotationskolbenmaschine in Trochoidenbauart mit einem übersetzungsverhältnis
von 1:2 zu verwenden, bei der wiederum nur ein Arbeitsraum für den Expansions-und
Ausschubtakt erforderlich ist, während der zweite Arbeitsraum für andere Zwecke
verfügbar ist. Dabei bietet sich als besondere bauliche Vereinfachung die Zusammenfassung
des Verdrängerladers und der Expansionsmaschine in einer gemeinsamen Rotationskolbenmaschine
mit Übersetzungsverhältnis 1 : 2 an, deren einer Arbeitsraum nur mit der Ladeöffnung
und deren anderer Arbeitsraum nur mit der Ausschuböffnung ständig verbunden ist.
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Bei Verwendung einer Rotationskolbenmaschine in Trochoidenbauart mit
einem übersetzungsverhältnis von 1: 2 als Verdrängerlader oder als Expansionsmaschine
kann der für die Vorverdichtung bzw. Nachexpansion nicht benötigte Arbeitsraum vorteilhaft
zur Förderung von Luft in die Auspuffleitung der Brennkraftmaschine zum Zweck der
Nachverbrennung verwendet werden, indem dieser Arbeitsraum ständig mit einer Leitung
in Verbindung steht, die sich in einen mit einem Saugventil versehenen Lufteinlaßkanal
und einen mit einem Druckventil versehenen, mit der Auspuffleitung der Brennkraftmaschine
in Verbindung stehenden Luftauslaßkanal gabelt.
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Die ständige Verbindung der zu der Ladeöffnung, zu der Ausschuböffnung
bzw. zu den Lufteinlaß- und -auslaßkanälen führenden Leitungen mit den beiden Arbeitsräumen
der 1:2-Rotationskolbenmaschine kann dadurch erreicht werden, daß in beiden Seitenwänden
des Gehäuses der Rotationskolbenmaschine Aussparungen vorgesehen werden, deren Außenkonturen
der inneren Hüllkurve des Kolbens entsprechen und in die jeweils eine zur Ladeöffnung
bzw. zur Ausschuböffnung oder zu den Lufteinlaß- und -auslaßkanälen führende Leitung
mündet, wobei die eine Kolbenflanke an der der einen Seitenwand zugewandten Kante
und die andere Kolbenflanke an der der anderen Seitenwand zugewandten Kante eine
Abschrägung aufweist, derart, daß der eine Arbeitsraum stets mit der einen Aussparung
und der andere Arbeitsraum stets mit der anderen Aussparung verbunden ist.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Diagramm der Volumenänderungen
der Kreiskolben-Brennkraftmaschine und des Verdrängerladers, bezogen auf den Drehwinkel
der Exzenterwelle, F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine
mit Hubkolbenlader, F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine
mit Rotationskolbenlader, F i g. 4 einen Schnitt gemäß Linie 4-4 in F i g. 3, jedoch
mit schematisch eingezeichneten, nicht schnittgemäßen Kanälen, F i g. 5 ein Diagramm
ähnlich F i g. 1, das die Volumenänderungen der Kreiskolben-Brennkraftmaschine und
der Expansionsmaschine in Abhängigkeit vom Exzenterwellen-Drehwinkel zeigt, F i
g. 6 eine schematische Darstellung einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine, die mit
einem Hubkolbenlader und einer Hubkolben-Expansionsmaschine gekoppelt ist und F
i g. 7 eine schematische Darstellung einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine, die mit
einer Rotationskolbenmaschine für Zusatzluft und Nachexpansion gekoppelt ist.
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Es sei zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen, welche die Volumenveränderung
der drei Arbeitskammern 1, 11 und 111 der Kreiskolben-Brennkraftmaschine
und die Volumenveränderung eines Arbeitsraumes eines Verdrängerladers IV zeigt,
der bei 360° Exzenterwellen-Drehwinkel einen Ansaug- und einen Kompressionstakt
ausführt. Dieser Lader kann ein Hubkolbenlader entsprechend F i g. 2 oder ein Rotationskolbenlader
entsprechend F i g. 3 sein.
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Bei einer Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit zweibogiger Epitrochoide
erstreckt sich jeder Arbeitstakt über 270° Exzenterwellen-Drehwinkel. Die Phasenverschiebung
zwischen hintereinander folgenden Arbeitskammern beträgt 360°. Entsprechend erstreckt
sich in dem Diagramm gemäß F i g. 1 der Ansaugvorgang für die Kammer 1 (gestrichelte
Linie) von 0 bis 270°, und die Verdichtung findet von 270 bis 540° statt. Die Kammer
Il (strichpunktierte Linie) saugt von 360 bis 630° an und verdichtet von 630 bis
900°. Der Ansaugvorgang der Kammer 111 beginnt bei 720°. Die Volumenänderung
des Verdrängerladers, bei dem sich der Ansaugtakt und der Kompressionstakt über
jeweils 180° Exzenterwellen-Drehwinkel erstrecken, ist durch die Linie IV dargestellt.
Die Antriebswelle des Verdrängerladers ist mit der Exzenterwelle der Brennkraftmaschine
derart gekoppelt, daß der Lader seinen Ansaugtakt bei 90° beginnt und bei 270° beendet.
Von 270 bis 450° erfolgt der Kompressionstakt und anschließend von 450 bis 630°
der nächste Ansaugtakt und von 630 bis 810° der folgende Kompressionstakt.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Während der Strecke a saugt nur die
Kammer 1 an. Während der Strecke b findet sowohl in der Kammer 1 als auch im Verdrängerlader
IV der Ansaugvorgang statt. über die Strecke c findet sowohl in der Kammer 1 als
auch im Lader IV die Verdichtung und gleichzeitig ein Überschieben der im Lader
IV verdichteten Ladung in die Kammer 1 statt. Am Ende der Strecke c, d. h. bei Beendigung
des Kompressionstakts des Laders IV,
wird dieser von der Kammer
I abgesteuert, und die von der Kammer 1 selbst angesaugte sowie die vom Lader IV
während der Strecke c übergeschobene Ladung wird über die Strecke d nur in der Kammer
I bis auf den erforderlichen Wert verdichtet. Nahe dem Ende der Strecke d wird der
Kraftstoff eingespritzt, und es erfolgt nun die Expansion in der Kammer I über die
Strecke e und anschließend daran über die nicht vollständig gezeigte Strecke f der
Ausschubtakt, an den sich dann die Strecke a wieder anschließt. Parallel dazu hat
die Kammer 1I während der Strecke a' allein angesaugt. über die Strecke
b', die an die Strecke c anschließt, findet sowohl in der Kammer 1I als auch
im Lader IV der Ansaugvorgang statt. Während der Strecke c' erfolgt in beiden Maschinen
die Verdichtung, und gleichzeitig findet der Überströmvorgang vom Lader IV in die
Kammer 11 statt. Dieses überströmen endet am Ende der Strecke c', und während der
Strecke d' wird die gesame Ladung nun in der Kammer II verdichtet. Inzwischen hat
in der Arbeitskammer III bei 720° der Ansaugtakt begonnen (ä'). Bei 820° beginnt
auch der Lader IV wieder anzusaugen, und die vorher für die Kammern I und II beschriebene
Arbeitsfolge wiederholt sich.
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Das Kammervolumen des Laders wird im allgemeinen etwa dem Kammervolumen
der Brennkraftmaschine entsprechen, wenn lediglich das für die Durchführung des
Dieselverfahrens nötige Verdichtungsverhältnis erreicht werden soll. Soll mit größerer
Überladung gefahren werden, so wird das Kammervolumen des Laders entsprechend größer
gewählt werden.
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Ein entsprechend dem Diagramm gemäß F i g. 1 arbeitendes Aggregat
ist in F i g. 2 dargestellt. Dabei ist mit 1 eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine
bekannter Bauart im Querschnitt dargestellt. Der Gehäusemantel 2 dieser Maschine
weist eine innere Mantelfläche 3 in Form einer zweibogigen Epitrochoide auf. In
den Seitenteilen des Gehäuses ist eine Exzenterwelle 4 drehbar gelagert, die einen
Exzenter 5 aufweist, auf dem ein dreieckiger Kolben 6 drehbar angeordnet ist. Die
Drehzahl des Kolbens 6 steht zu der Drehzahl der Exzenterwelle 4 im Verhältnis 1:
3. Im Gehäusemantel 2 sind ein Einlaßkanal 7, eine Einspritzdüse 8 und ein Auslaßkanal
9 angeordnet. Beim Umlauf des Kolbens 6 in Richtung des Pfeiles D verändern die
Arbeitskammern I, 1I und III ihr Volumen, wobei während jeder vollen Umdrehung des
Kolbens 6 in jeder dieser Arbeitskammern ein vollständiges Viertaktverfahren mit
entsprechender Phasenverschiebung stattfindet. In der gezeigten Stellung des Kolbens
6 befindet sich die Kammer 1 am Ende des Ansaugtakts, in der Kammer IH geht der
Expansionstakt vor sich, und in der Kammer II findet der Ausschubtakt statt.
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Mit der Exzenterwelle 4 ist die Kurbelwelle 10 eines Hubkolbenladers
11 direkt gekoppelt. Der Lader 11 weist einen Zylinder 12 auf, in
dem ein Hubkolben 13 verschiebbar gelagert ist. Der Hubkolben 13 ist durch eine
Pleuelstange 14 mit dem Kurbelzapfen 15 der Kurbelwelle 10 verbunden. Der Arbeitsraum
12' steht über eine Leitung 16 und eine Ladeöffnung 17 in einer Seitenwand des Gehäuses
der Brennkraftmaschine 1 mit der Arbeitskammer 1 in Verbindung. Der Hubkolben 13
befindet sich im unteren Totpunkt, hat also seinen Ansaugtakt beendet. Die Ansaugung
erfolgt durch den Einlaßkanal 7, die Arbeitskammer I, die Ladeöffnung 17 und die
Leitung 16. Die gezeichnete Stellung von Hubkolben 13 und Kolben 6 entspricht der
Winkelstellung 270° im Diagramm F i g. 1. Bei der weiteren Drehung der Exzenterwelle
4 wird nun gleichzeitig in der Kammer I und im Arbeitsraum 12' verdichtet,
wobei die Verdichtung im Lader 11 auf Grund des sich nur über 180° erstreckenden
Verdichtungstakts schneller vor sich geht. Es wird daher die Ladung während der
Verdichtung im Lader 11 durch die Leitung 16 und die Ladeöffnung 17 in die Kammer
I übergeschoben. Sobald der Hubkolben 13 seinen oberen Totpunkt erreicht hat, wird
die Ladeöffnung 17 durch den Kolben 6 gegenüber der Kammer I abgedeckt, und die
Kompression findet nur noch in der Kammer 1 statt. Bei weiterer Drehung der Wellen
4 und 10 geht der Hubkolben 13 wieder nach unten, und die Ladeöffnung 17 wird vom
Kolben 6 für die nachfolgende Arbeitskammer 1I, die sich bereits im Ansaugtakt befindet,
geöffnet, wobei der Hubkolben 13 in der vorher beschriebenen Weise über den Einlaßkanal
7, die Kammer 1I, die Ladeöffnung 17 und die Leitung 16 ansaugt (Strecke b' in F
i g. 1). Die Kammer I hat inzwischen ihren Verdichtungstakt beendet, worauf mit
der Kraftstoffeinspritzung die Zündung erfolgt und in üblicher Weise der Expansions-
und Ausschubtakt vor sich geht.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist dieselbe Kreiskolben-Brennkraftmaschine
wie in F i g. 2 mit einem Rotationskolbenlader 20 verbunden, der im Längsschnitt
in F i g. 4 gezeigt ist. Das Gehäuse des Rotationskolbenladers 20 besteht aus einem
Mantel 21, dessen Innenfläche 22 die Form einer einbogigen Epitrochoide aufweist,
und aus Seitenteilen 23 und 24. Die Antriebswelle 25 ist mit der Exzenterwelle 4
derart gekoppelt, daß sie mit der doppelten Drehzahl der Exzenterwelle 4 umläuft.
Sie weist einen Exzenter 26 auf, auf dem ein zweieckiger Kolben 27 drehbar gelagert
ist. Die Drehzahl des Kolbens 27 steht zur Drehzahl der Welle 25 im Verhältnis 1:
2. Der Kolben 27 begrenzt mit dem Gehäuse zwei Arbeitsräume 28 und 29, die ihr Volumen
beim Umlauf des Kolbens 26 periodisch verändern. In den Seitenwänden 30 und
31 der Seitenteile 23 und 24 sind Aussparungen 32 und 33 vorgesehen,
deren Außenkonturen der inneren Hüllkurve des Kolbens 27 entsprechen, die also durch
die Kolbenkontur vollständig abgedeckt sind. Die Aussparung 32 steht über einen
Kanal 34 mit der Leitung 16 in Verbindung, die in die Ladeöffnung 17 mündet. Eine
ständige Verbindung des Arbeitsraumes 28 mit der Aussparung 32 findet dadurch statt,
daß die der Seitenwand 30 zugewandte Flankenkante 35 des Kolbens 27 eine Abschrägung
36 aufweist. Eine Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 28 und der Aussparung 33 ist
nicht vorhanden. Die Stellungen des Kolbens 6 und des Kolbens 27 entsprechen der
Winkelstellung 90° in F i g. 1. Die Arbeitskammer I hat also ihren Ansaugtakt bereits
begonnen, während der Kolben 27 bezüglich des Arbeitsraumes 28 im oberen Totpunkt
ist und der Arbeitsraum 28 am Beginn seines Ansaugtakts steht. Nach kurzer Drehung
der Wellen 4 und 25 wird die Ladeöffnung 17 zur Arbeitskammer I hin freigegeben,
und die Arbeitskammer I und der Arbeitsraum 28 saugen gemeinsam an. Bei weiterer
Drehung läuft das Arbeitsverfahren wie im Zusammenhang mit F i g. 1 und 2 beschrieben
ab.
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Der Arbeitsraum 29 wird bei diesem Ausführungsbeispiel
zur
Förderung von Luft in die Auspuffanlage 37 der Kreiskolben-Brennkraftmaschine verwendet.
Zu diesem Zweck steht der Arbeitsraum 29 über eine entsprechende Abschrägung 38
in der Flankenkante 38a mit der Aussparung 33 ständig in Verbindung. Von der Aussparung
33 geht eine Leitung 39 aus, die sich in einen Lufteinlaßkanal 40 und einen Luftauslaßkanal
41 gabelt. Im Lufteinlaßkanal 40 ist ein Saugventil 42 und im Luftauslaßkanal 41
ist ein Druckventil 43 angeordnet. In der dargestellten Phase hat der Arbeitsraum
29 sein größtes Volumen, ist also am Ende seines Ansaugtakts. Bei weiterer Drehung
des Kolbens 27 findet im Arbeitsraum 29 die Verdichtung statt, wodurch das Ventil
42 geschlossen und das Ventil 43 geöffnet wird und Luft in die Auspuffanlage 37
zum Zweck der Nachverbrennung eingeblasen wird.
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Wird der Rotationskolbenlader 20 als Drehkolbenmaschine ausgeführt,
so kann das umlaufende Gehäuse direkt, also ohne Zwischengetriebe, mit der Exzenterwelle
4 gekoppelt werden.
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Im Diagramm gemäß F i g. 1, dem die Arbeitsweisen der in F i g. 2
und 3 gezeigten Aggregate zugrunde liegen, beginnen die Kompressionstakte von Brennkraftmaschine
und Lader gleichzeitig. Es kann jedoch vorteilhaft sein, den Kompressionstakt des
Laders beispielsweise 30° vor dem Kompressionstakt der Brennkraftmaschine beginnen
zu lassen, damit der Druck in der Arbeitskammer der Brennkraftmaschine während des
überströmens geringer ist und die überströmverluste verringert werden.
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Da durch die Zuschaltung eines Laders der Gesamtwirkungsgrad der Maschine
verschlechtert wird, ist es zweckmäßig, eine Nachexpansion vorzunehmen, um zumindestens
den Leistungsbedarf des Laders zu decken. Analog zur Anordnung des Laders soll daher
mit der Exzenterwelle der Brennkraftmaschine eine Expansionsmaschine gekoppelt werden,
deren Expansionsraum sich mit der im Expansionstakt befindenden Arbeitskammer der
Brennkraftmaschine während des Zeitraumes, in dem beide Maschinen expandieren, durch
einen Überströmkanal in Verbindung steht. Der Expansionstakt der Brennkraftmaschine
soll dabei vor Beginn des Expansionstakts der Expansionsmaschine beginnen. Das Diagramm
gemäß F i g. 5 zeigt die Arbeitsweise eines derartigen Aggregats. Dieses Diagramm
kann als Fortsetzung des Diagramms von F i g. 1 ab 540° angesehen werden. Die Arbeitskammer
I expandiert während der Strecke e. Diese Strecke ist aufgeteilt in die Strecken
e1 und e., wobei während der Strecke e1 die Gase nur in der Kammer I expandieren.
Bei 90° wird der Expansionsraum V der Expansionsmaschine zugeschaltet, so daß während
der Strecke e., beide Maschinen gleichzeitig expandieren. Die Strecke f ist ebenfalls
in zwei Strekken f1 und f. unterteilt, und zwar schieben während der Strecke f 1
beide Maschinen gleichzeitig aus, während über die Strecke f. nur noch die Kammer
I ausschiebt. Die Expansionsmaschine hat am Ende der Strecke f 1 ihren Ausschubtakt
beendet und vergrößert wieder ihr Volumen, indem sie Expansionsgase aus der nächsten
Kammer II erhält. Auch hier ist wieder angenommen, daß die Expansionsmaschine einen
Arbeitstakt über 180° Exzenterwellen-Drehwinkel ausführt. Das Kammervolumen der
Expansionsmaschine soll mindestens gleich dem Kammervolumen des Laders sein.
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Die Verwirklichung einer derartigen Nachexpansion ist in F i g. 6
bei einem Aggregat dargestellt, das in bezug auf die Aufladung der F i g. 2 entspricht.
Mit der Exzenterwelle 4 ist die Kurbelwelle 45 einer Hubkolbenexpansionsmaschine
46 direkt gekoppelt. Im Zylinder 47 dieser Maschine ist ein Hubkolben 48 angeordnet,
der durch die Pleuelstange 49 mit dem Kurbelzapfen 50 verbunden ist. Der Arbeitsraum
47' ist durch eine Leitung 51 mit einer Ausschuböffnung 52 verbunden, die in einer
Seitenwand des Gehäuses der Kreiskolben-Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist. Der
Hubkolben 48 steht im oberen Totpunkt, hat also gerade seinen Ausschubtakt beendet.
Diese Stel-. Jung entspricht im Diagramm gemäß F i g. 5 der Winkelstellung 90°.
Bei weiterer Drehung der Wellen 4
und 45 in Drehrichtung D und dadurch bedingtem
Abwärtsbewegen des Hubkolbens 48 wird die Ausschuböffnung 52 zur Arbeitskammer I
hin freigegeben, und die expandierenden Gase können durch die Ausschuböffnung 52
und die Leitung 51 auch in den Arbeitsraum 47' eintreten und dort expandieren. Befindet
sich der Hubkolben 48 im unteren Totpunkt, so wird der Auslaßkanal 9 für die Kammer
I freigegeben, und es beginnt das gemeinsame Ausschieben entsprechend der Strecke
f 1 in F i g. 5, bis der Hubkolben 48 wieder in der in F i g. 6 gezeigten Stellung
ist, in der die Expansionsmaschine für die Aufnahme von Expansionsgasen aus der
nachfolgenden Kammer II bereit ist.
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Verdrängerlader und Expansionsmaschine können auch in einer Maschine
vereinigt werden. Hierfür eignet sich besonders vorteilhaft die Rotationskolbenmaschine
in Trochoidenbauart mit übersetzungsverhältnis 1: 2, da diese Maschine zwei Arbeitskammern
besitzt, von denen die eine zur Vorverdichtung und die andere zur Nachexpansion
verwendet werden kann. Eine derartige Ausführung ist in F i g. 7 dargestellt. Die
Rotationskolbenmaschine 20' entspricht in ihrem Aufbau vollkommen der Maschine 20
in F i g. 3. Auch der die Aufladung betreffende Teil ist mit der Ausführung gemäß
F i g. 3 identisch. Während aber in F i g. 3 der Arbeitsraum 29 zur Förderung von
Luft in die Auspuffleitung der Brennkraftmaschine verwendet wurde, wird in F i g.
7 dieser Arbeitsraum 29' als Expansionsraum verwendet. Zu diesem Zweck mündet die
Leitung 39' in die Leitung 51, die von der Ausschuböffnung 52 ausgeht. Der Kolben
6 der Kreiskolbenmaschine 1 ist in derselben Phasenlage dargestellt wie F i g. 3,
jedoch hat die Arbeitskammer I gerade ihren Ausschubtakt begonnen, befindet sich
also in bezug auf das Diagramm F i g. 5 in der Winkelstellung 270°. Der Arbeitsraum
29' hat ebenfalls im Moment sein größtes Volumen und beginnt durch die Leitungen
39' und 51, die Ausschuböffnung 52, die Arbeitskammer I und den Auslaßkanal 9 auszuschieben.
Kommt der Kolben 6 in die gestrichelt eingezeichnete Stellung, was in F i g. 5 der
Winkelstellung 450° entspricht, so hat der Arbeitsraum 29' seinen Ausschubtakt beendet,
und die Ausschuböffnung 52 wird von der Kammer I abgesteuert. Nach weiterer Drehung
kommt die Ausschuböffnung 52 mit der nun im Expansionstakt befindlichen Kammer II
in Verbindung, so daß expandierende Gase in den sich nun wieder vergrößernden Arbeitsraum
29' überströmen können.
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Im Diagramm F i g. 5 und in den Ausführungen gemäß F i g. 6 und 7
enden die Expansionstakte der Brennkraftmaschine und der Expansionsmaschine gleichzeitig.
Auch hier kann es vorteilhaft sein, die
beiden Maschinen so miteinander
zu koppeln, daß der Expansionstakt der Expansionsmaschine später, beispielsweise
30° nach dem Expansionsende der Brennkraftmaschine, endet. Entsprechend beginnt
das Überströmen später, was vorteilhaft ist, weil dann bei Beginn des überströmens
der Druck und die Temperatur in der Expansionskammer der Brennkraftmaschine bereits
niedriger ist, so daß sich die Strömungsverluste verringern und das Überströmen
bei niedrigerer Temperatur stattfindet.
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In allen Ausführungsbeispielen wurden die mit der Brennkraftmaschine
gekoppelten Maschinen der besseren Übersichtlichkeit halber parallelachsig untereinander
dargestellt. In der Praxis werden die Maschinen koaxial nebeneinander angeordnet,
und die Überströmkanäle werden in die Zwischenwände zwischen den einzelnen Maschinen
gelegt, um die überströmwege klein und damit die schädlichen Räume und die Strömungswiderstände
gering zu halten.