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Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine
mit Kraftstoffeinspritzung, die aus einem Gehäuse mit mehrbogiger innerer Mantelfläche
besteht, in welchem ein Kolben exzentrisch drehbar angeordnet ist, der mit der inneren
Mantelfläche eine Mehrzahl von volumenveränderlichen Arbeitskammem begrenzt.
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Bei den üblichen Einspritz-Brennkraftmaschinen werden zum Einspritzen
des Kraftstoffes aufwendige und teure Einspritzpumpen verwendet, deren Einstellung
und Regelung zur Erzielung genau dosierter Einspritzmengen erhebliche Schwierigkeiten
macht und die normalerweise mit hohem Druck arbeiten. Zur Vermeidung eines Teiles
dieser Nachteile wurde für Rotationskolben-Brennkraftmaschinen der genannten Art
bereits vorgeschlagen, das Einbringen des Kraftstoffes in die ansaugende Arbeitskammer
mit Hilfe des Druckunterschiedes zwischen dieser Arbeitskammer und der vorausgehenden,
im Verdichtungstakt befindlichen Arbeitskammer zu bewerkstelligen. Zu diesem Zweck
wurde an geeigneter Stelle im Gehäuse ein überströmkanal vorgesehen, in den eine
dosierte Kraftstoffmenge eingebracht wurde. Auch bei diesem älteren, nicht vorveröffentlichten
Vorschlag ist demzufolge eine geregelte Dosierpumpe erforderlich.
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Es ist ferner bei mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschinen bekannt,
die bei der Kompression und Verbrennung in den einzelnen Zylindern entstehende Druckspitzen
derart auszunutzen, daß der Verbrennungshöchstdruck jeweils eines Zylinders zum
Antrieb einer Einspritzpumpe für einen anderen Zylinder verwendet wird. Es wäre
für den Fachmann naheliegend, diese Lehre auch bei Rotationskolben-Brennkraftmaschinen
anzuwenden, wobei die Druckentnahmestelle in dem Bereich des Maschinengehäuses anzuordnen
wäre, in dem der Verbrennungshöchstdruck auftritt. Diese Art der Kraftstoffeinwirkung
hat jedoch verschiedene Nachteile. Die Druckspitze, die zum Antrieb der Einspritzpumpe
dienen soll, ist nur sehr kurzzeitig vorhanden, und diese kurze Zeit ist kaum ausreichend,
um die beweglichen Teile der Pumpe und der in der Einspritzleitung befindlichen
Flüssigkeitssäule zu beschleunigen. Außerdem ist der Verbrennungshöchstdruck abhängig
von der angesaugten Luftmenge, der Kraftstoffqualität und vom Verbrennungsablauf,
der über den ganzen Drehzahlbereich der Maschine sehr unterschiedlich ist. Aus diesem
Grunde ist es bei dieser Ausführung nicht möglich, über den entnommenen Druck die
Einspritzmenge zu regeln, die demzufolge in üblicher Weise in Abhängigkeit vom Unterdruck
in der Saugleitung oder auch durch direkte Koppelung der Luftdrosselklappe mit der
Regelstange der Pumpe geregelt wird.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine
mit Kraftstoffeinspritzung zu schaffen, bei der die Einspritzung einer genau dosierten
Kraftstoffmenge ohne die üblichen aufwendigen Einspritzpumpen und Regeleinrichtungen
ermöglicht wird. Sie macht dabei von der Erkenntnis Gebrauch, daß in solchen Rotationskolben-Brennkraftmaschinen
der Druck in jeder Arbeitskammer während der Verdichtung ungefähr proportional dem
Gewicht der angesaugten Luftmenge ist. Da dieses Gewicht von Änderungen der Drosselklappenstellung
und des Umgebungsdruckes direkt beeinflußt wird, kann der Verdichtungsdruck als
Maß für die einzuspritzende Kraftstoffmenge verwendet werden. In Verwertung dieser
Erkenntnis wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Druckentnahmeöffnung der zur
Einspritzpumpe führenden Leitung an einer Stelle im Gehäuse der Brennkraftmaschine
vorzusehen, an der jede Arbeitskammer zumindest einen Teil ihres Verdichtungstaktes
durchführt. Der in dieser Weise abgenommene Druck treibt nicht nur die Einspritzpumpe
an, sondern dosiert gleichzeitig die Menge des Kraftstoffes, der in die nachfolgende,
sich im Ansaugtakt befindlichen Arbeitskammer einzuspritzen ist, und zwar in Abhänkeit
von dem Gewicht der angesaugten Luftmenge.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Kraftsoff-Einspritzpumpe an einer
Stelle des Gehäuseinnenraumes anzuschließen, die abwechselnd dem Ansaugunterdruck
und dem Verdichtungsdruck ausgesetzt ist. Der Unterdruck kann dann dazu benutzt
werden, die Einspritzpumpe ohne weitere Mittel mit Kraftstoff zu beschicken.
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Die Kraftstoffeinspritzung kann in an sich bekannter Weise in das
Ansaugrohr oder direkt in die ansaugende Arbeitskammer erfolgen.
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Die Einspritzpumpe ist vorzugsweise nach Art einer Membranpumpe ausgebildet
und weist eine Kraftstoffkammer auf, die einerseits durch eine Leitung und ein erstes
Rückschlagventil mit einem Kraftstoffbehälter und andererseits durch eine weitere
Leitung und ein zweites, entgegengesetzt wirkendes Rückschlagventil mit einer Einspritzdüse
in Verbindung steht. Die Kraftstoffkammer ist durch eine Membran von einer Druckkammer
getrennt, die mit der Druckentnahmestelle in Verbindung steht. Druckschwankungen
in der Druckkammer wirken sich also in der Kraftstoffkammer aus und erzeugen dort
wechselweise einen Unterdruck und einen überdruck, wobei der Unterdruck zum Füllen
der Pumpe und der überdruck zur Förderung einer dosierten Kraftstoffmenge zur Einspritzdüse
verwendet wird.
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Für die Merkmale der Ansprüche 3 bis 5 wird kein selbständiger Schutz
beansprucht.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine
entlang der Linie 1-1 in F i g. 2 sowie einen Querschnitt durch die Einspritzpumpe,
F i g. 2 einen Längsschnitt gemäß Linie 2-2 in F i g. 1 und F i g. 3 ein Diagramm,
welches den Zusammenhang zwischen dem Druck an der Druckentnahmestelle im Gehäuseinnenraum
und der Funktion der Einspritzpumpe zeigt, und zwar einmal bei voll geöffneter Drosselklappe
und zum anderen bei halb geöffneter Drosselklappe.
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In F i g. 1 und 2 ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine dargestellt,
welche einen dreieckigen Kolben 10 enthält, der in einem Gehäuse 12 exzentrisch
drehbar angeordnet ist. Der Kolben 10 dreht sich um eine Achse 14, welche exzentrisch
zu der Achse 16 der mehrbogigen inneren Mantelfläche 18
des Gehäuses
ist. Der Abstand zwischen den beiden Achsen 14 und 16 entspricht der Exzentrizität
der Maschine und ist mit e bezeichnet. Die innere Mantelfläche des Gehäuses hat
im wesentlichen die Form einer zweibogigen Epitrochoide.
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Das Gehäuse 12 besteht aus einem Mantel 20 mit einer zweibogigen inneren
Mantelfläche 18 und den
Seitenteilen 22, 24, in welchen eine
Welle 26 über Lager 28 gelagert ist. Die Welle 26 weist einen
Exzenter 30 auf, auf dem der Kolben 10 mittels des Lagers
32 drehbar gelagert ist. Zwischen dem Kolben 10 und dem Gehäuse
12 ist ein Getriebe vorgesehen, das aus einem am Kolben 10 befestigten
Hohlrad 34
und einem am Seitenteil 24 befestigten Ritzel
36 besteht. Dieses Getriebe erzwingt ein bestimmtes Drehzahlverhältnis zwischen
Kolben 10 und Welle 26, das im Ausführungsbeispiel 1: 3 beträgt.
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Der Kolben 10 weist drei Ecken 38 auf, in welchen Radialdichtungen
40 angeordnet sind. Die Radialdichtungen 40 gleiten ständig an der
inneren Mantelfläche 18 entlang. Dadurch werden zwischen den die Außenkontur
des Kolbens 10 bildenden Flanken 44 und der inneren Mantelfläche
18 drei Arbeitskammern 42, 42A, 42B gebildet, die bei der Bewegung des Kolbens
10 relativ zum Gehäuse ihr Volumen ändern. Die Drehrichtung des Kolbens ist
durch den Pfeil veranschaulicht.
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In dem einen Bogen der inneren Mantelfläche 18
ist eine Einlaßöffnung
48 und in dem anderen Bogen ist eine Auslaßöffnung 50 vorgesehen.
Die Einlaßöffnung 48 steht mit einem Ansaugrohr 49 in Verbindung,
in welchem eine Drosselkplappe 92 angeordnet ist. Mit 46 ist eine
Zündkerze bezeichnet. Die Flanken 44 des Kolbens 10 sind mit Kolbenmulden 52 versehen.
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In jeder Arbeitskammer 42, 42A, 42B findet während einer
Umdrehung des Kolbens 10 ein vollständiges Viertaktverfahren statt. In der
in F i g. 1 gezeigten Stellung des Kolbens 10 befindet sich die untere Arbeitskammer
42A kurz vor der Zündung, während in der linken Kammer 42B der Ansaugtakt
und in der rechten Kammer 42 der Ausschubtakt vor sich geht. Jeweils an derselben
Stelle des Gehäuses durchläuft jede Arbeitskammer ein und denselben Arbeitstakt
des Viertaktverfahrens. So findet beispielsweise in einem bestimmten Bereich des
Bogens der inneren Mantelfläche 18, in welchem die Einlaßöffnung
48 angeordnet ist, die Verdichtung für jede Arbeitskammer statt. Ein Teil
dieses Bereiches ist aber während des Arbeitszyklus gelegentlich auch Unterdruck
ausgesetzt, wenn dieser Teil eine Wandung der Arbeitskammer bildet, die sich im
Ansaugtakt befindet. Dieser Bereich der inneren Mantelfläche 18, der wechselweise
dem Verdichtungsdruck und dem Ansaugunterdruck ausgesetzt ist, bildet die theoretische
Stelle für den Anschluß einer auf Druck ansprechenden Einrichtung, die dazu verwendet
werden kann, Kraftstoff sowohl zu fördern als auch zu dosieren und in das Ansaugrohr
49 oder direkt in die ansaugende Arbeitskammer einzuspritzen. Allerdings
ist nicht der ganze genannte Bereich für den Anschluß einer solchen Einrichtung
geeignet, da der Maximaldruck auch bei teilweise geöffneter Drosselklappe ausreichend
sein muß, um die Kraftstoffpumpe zu betätigen. Die aus dieser Forderung sich ergebende
Begrenzung des verwendbaren Bereiches ist durch die Stelle A in F i g. 1 gekennzeichnet.
Die andere Grenze B ist durch den Umstand bestimmt, daß der entnommene Druck bei
offener Drosselklappe nicht zu hoch sein darf, da er sonst die Pumpe beschädigen
könnte. Außerdem muß die Grenze B an einer Stelle liegen, die von der Radialdichtung
40 am nacheilenden Ende der Arbeitskammer 42A bereits überstrichen wurde,
wenn in dieser Arbeitskammer die Verbrennung eingeleitet wird. Der Bereich, aus
welchem Druck zum Antrieb einer Kraftstoff-Einspritzpumpe entnommen werden kann,
ist also durch die Grenzen A und B bestimmt. Dieser Bereich muß auch
in einem Gebiet liegen, in welchem gelegentlich Unterdruck herrscht, um die Pumpe
wieder zu füllen.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist im Mantel 20 nahe der Grenze
B ein Kanal 62 vorgesehen, der bei 64 an der inneren Mantelfläche
18 mündet und der sich in einer Leitung 63 fortsetzt, die zu einer
Kraftstoff-Einspritzpumpe 70 führt. Die Leitung 63 mündet in einen
Kanal 66, der mit einer Druckkammer 68 in Verbindung steht. Diese
Druckkammer 68 ist durch eine Membran 74 von einer Kraftstoffkammer
72 getrennt. Die Membran 74 wird durch eine Feder 76
gegen die
Druckkammer 68 gedrückt. Die Feder 76
ist in einem Federkäfig
78 angeordnet, der mit einem einstellbaren Anschlag 80 zusammenwirkt,
um die Vorspannung der Membran gegen die Druckkammer 68 zu begrenzen. Durch
Verstellung des Anschlages 80 kann die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
eingestellt werden. Je weiter sich die Membran unter dem Einfluß der Feder gegen
die Druckkammer 68 durchbiegen kann, desto reicher wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch.
Der Kraftstoff wird der Einspritzpumpe 70 über ein erstes Rückschlagventil
82 unter geringem Druck zugeführt und durch ein zweites entgegengesetzt wirkendes
Rückschlagventil 84 in die Einspritzleitung 88 . gefördert. Die Einspritzleitung
88 weist an ihrem Ende Einspritzdüsen 89 auf, durch welche der Kraftstoff
in das Ansaugrohr 49 eingespritzt wird. Die Einspritzdüsen 89 könnten
aber auch im Mantel 20 oder in einem Seitenteil 22, 24 angeordnet
sein, um den Kraftstoff direkt in die ansaugende Arbeitskammer einzuspritzen. Das
zweite Rückschlagventil 84 wird durch eine schwache Feder normalerweise geschlossen
gehalten, um zu vermeiden, daß während des Füllens der Kraftstoffkammer 72 Luft
durch die Leitung 88 in die Kraftstoffkammer 72 angesaugt wird.
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In F i g. 3 ist für zwei aufeinanderfolgende Arbeitskammern der Druck
an der Öffnung 64 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt und zwar ist auf
der Y-Achse der Druck P und auf der X-Achse die Zeit t aufgetragen. Die Druckverhältnisse
an der Öffnung 64 sind für die voll geöffnete Drosselklappe in ausgezogener Linie
und für die halbgeöffnete Drosselklappe gestrichelt eingezeichnet.
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Der Druck in der Druckkammer 68, der benötigt wird, um den
Druck des Kraftstoffes in der Kraftstoffkammer 72 und die Kraft der Feder 76 auszugleichen,
ist in F i g. 3 durch die waagerechte Linie M-M dargestellt und liegt etwas über
dem atmosphärischen Druck. Der Druck in der Druckkammer 68,
der nötig ist,
um die Membran gegen die Feder 76
nach unten zu drücken und das zweite Rückschlagventil
84 zu öffnen, ist durch die waagerechte Linie N-N veranschaulicht.
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Bei einer nicht aufgeladenen Maschine herrschen im Kanal
62 und in der Druckkammer 68 Unterdruck, wenn die Arbeitskammer, mit
welcher der Kanal 62 in Verbindung steht, ihren Ansaugtakt durchführt. Solange
der Druck in der Druckkammer 68 unterhalb der Linie M-M ist, kann Kraftstoff
in die Kammer 72 einströmen (Strecke 0-1 in F i g. 3).
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Wenn eine Arbeitskammer ihren Verdichtungstakt durchführt, erhöht
sich der Druck in der Druckkammer 68. Wenn der Druck an der Öffnung
64 und demzufolge in der Druckkammer 68 den durch die
Linie
N-N gekennzeichneten Wert erreicht hat, wird die Membran 74 nach unten gedrückt,
und der dadurch auf den Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 72 ausgeübte Druck öffnet
das Ventil 84 und fördert Kraftstoff durch die Leitung 88 zu den Einspritzdüsen
89. Diese Kraftstoffeinspritzung findet statt, bis die nächste Radialdichtung 40
die Öffnung 64 überstreicht, wodurch der Druck an der Öffnung 64 wieder unter Atmosphärendruck
sinkt (Strecke 2-0 in F i g. 3). Wie aus F i g. 3 ersichtlich, ist zwischen dem
Ende der Kraftstofförderung zur Pumpe und dem Förderbeginn eine Pause (Strecke 1-2).
Diese Pause ergibt sich aus der Zeit, die der Druck in der Druckkammer 68 benötigt,
um sich von dem Wert M -M auf den Wert N-N zu erhöhen.
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Die Wirkungsweise wird im folgenden an Hand der F i g.1 und 3 beschrieben:
In der Stellung des Kolbens 10 gemäß F i g.1 ist eine Radialdichtung
40 im Begriff, die Öffnung 64 zu überstreichen. Der Verdichtungsdruck
in der Arbeitskammer 42A nähert sich dem Höchstdruck, der von dem Kanal 62 abgenommen
werden kann. Der Höchstdruck wird erreicht, kurz bevor die nacheilende Radialdichtung
40 der Kammer 42A tatsächlich die Öffnung 64 überstreicht.
Der Druck in der Druckkammer 68 der Pumpe 70 ist dann erheblich größer als der atmosphärische
Druck und reicht aus, die Membran 74 nach unten zu bewegen. Die Einstellung der
Feder 76 bestimmt, wieviel Kraftstoff in die Maschine eingespritzt wird. Die Größe
der Durchbiegung der Membran 74 gegen die Feder 76 ist durch die Größe des Spitzendruckes
in der Druckkammer 68 bestimmt. Dieser Spitzendruck bestimmt also die Menge des
eingespritzten Kraftstoffes. Der Spitzendruck in der Druckkammer 68 ist seinerseits
proportional der Luftmenge in der verdichteten Arbeitskammer.
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Da der Kolben 10 im Betrieb außerordentlich schnell umläuft, unterscheidet
sich das Gewicht der in der Arbeitskammer 42A verdichteten Luftmenge selbst bei
Änderung der Drosselklappenstellung nur außerordentlich geringfügig von dem Gewicht
der in die nachfolgende Arbeitskammer 42B eingesaugten Luftmenge. Es ergibt sich
also kein Nachteil, wenn man den Druck in der Arbeitskammer 42A dazu verwendet,
die Menge des in die nachfolgende Arbeitskammer 42B eingespritzten Kraftstoffes
zu regeln.
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Wenn die Radialdichtung 40 an der Öffnung 64 des Kanals 62 vorbeibewegt
ist, liegt die öffnung 64 in der Arbeitskammer 42B, in welcher der Ansaugtakt vor
sich geht, so daß in der Druckkammer 68 Unterdruck herrscht. Demzufolge drückt die
Feder 76 die Membran 74 nach oben, wodurch sich ein Unterdruck in der Kraftstoffkammer
72 aufbaut, durch welchen das zweite Ventil 84 geschlossen und das erste Ventil
82 geöffnet wird und Kraftstoff vom Behälter in die Kraftstoffkammer 72 fließen
kann, bis der Druck an der Öffnung 64 und in der Druckkammer 68 den durch die Linie
M-M in F i g. 3 veranschaulichten Wert erreicht.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß der an der öffnung 64 entnommene
Druck sowohl die Einspritzpumpe 70 antreibt als auch die Fördermenge dieser Pumpe
regelt. Wenn die Drosselklappe 92 ganz offen ist, so ist der Druck an der Öffnung
64 am höchsten. Wenn die Klappe teilweise geschlossen ist, verringert sich der Höchstdruck
an der Öffnung 64 proportional, wodurch die Abwärtsbewegung der Membran 74 auf Grund
des Druckes in der Druckkammer 68 ebenfalls verringert wird, was sich wiederum in
einer Verringerung der in die Maschine geförderten Kraftstoffmenge auswirkt.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Kraftstoff-Einspritzpumpe
70 der Maschine Kraftstoff proportional zu dem Gewicht der angesaugten Luftmenge
zuführt, das durch die Stellung der Drosselklappe und den Umgebungsdruck bestimmt
ist. Durch die Erfindung wird also ein einfacher Weg gewiesen, um die eingespritzte
Kraftstoffmenge automatisch im Verhältnis zum Luftgewicht zu dosieren.