ROTARY PISTON DEVICE SUPER-CHARGING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Abstract: 1. A rotary piston device supercharging an internal combustion engine, in form of a positive displacement machine, incorporating cells of a double-rotor, rotating in the same sense, said cells formed by axial and radial partitions, a mantle, envelopping the double-rotor, rotating sides and a concentric inner tube, the radial partitions (17) of same cells connected alternately to one of two concentric shafts (9, 10), which are in their turn coupled by kinematic devices, which enforce a periodical movement of the radial partitions one against the other, whilst all components of the double-rotor rotate in the same sense, thus varying the cell volumes every turn of the double-rotor according to a predetermined mathematical function, forming operating compartments for air and gas, and with mechanism for charge changing to supply said operating compartments in two sections, one with a bigger, the other with a smaller maximum filling volume in such a way, that the section with the bigger filling volume is feeded with exhaust gases of an internal combustion engine, where they expand and transfer their energy on the double-rotor, whereas charge air is conveyed to the other section, to be sucked in and compressed, thus exploiting exhaust energy and providing the engine with charge air, the complete arrangement forming a free-floating supercharger.

Description: Rotations-Schwinglader für VerbrennungskraftmaschinenO Gegenstand der erfindung, der Rotations-chwinglader, ist eine rotierende Verdrängermaschine mit den Hauptteilen Gehäuse und Doppelrotor, ein Abgaslader für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem expandierende Motorabgase den Dop pelrotor in Drehung versetzen und ihre Energie beim Ansaugen und der Kompression der Ladeluft umsetzen, wobei gleichsinnig umlaufende Radzellen des Doppelrotors durch etwa radial und in Achsrichtung verlaufende Wä.nde, einem den Doppelrotor aussen umschliessenden Ringkörper, zwei mitrotierenden Seitenwänden und einer inneren konzentrischen Begrenzung gebildet werden, deren Volumina sich während eines Umlaufs des Doppelrotors nach einer vorgeschriebenen Funktion ändern und so Arbeitsräume für die Expansion der Xotorabgase und das Ansaugen und die Kompression der Ladeluft bilden und mit Xinrichtungen für den Ladungswechsel besagter Arbeitsräume. Diese Einrichtung übernimmt einen wesentlichen Teil der Ladungswechselarbeit der damit ausgerüsteten Verbrennungskraftmaschinen, nutzt die Energie der Abgase, sichert ein thermodynamisch optimales Luftverhältnis im gesamten Arbeitsfeld der Kraftmaschine, gestattet dabei das willkürliche Festlegen einer für den Verwendungszweck günstigen Drehmomentcharakteristik, passt sich vollendet dem im breiten Arbeitsfeld einer Verbrennungskraftmaschine als Antrieb für Kraftfahrzeuge schwankenden Energieangebot der Abgase an, ermöglicht eine vollkommene Ausnutzung des Treibstoffs bei ökologisch günstiger Abgaszusammensetzung und ergibt bessere Verkehrsleistungen von Kraftfahrzeugen bei geringerer Baugrösse. tin damit versehener und darauf zugeschnittener Automobilmotor ist den bisher üblichen Otto- und Die- selmotoren in j jeder hinsicht weit überlegen und sollte als "Schwinglader-Motor" auch namentlich gekennzeichnet werden. Vor der Diskussion des Standes der Technik und der erzielbaren Vorteile sei auf den grundsätzlichen Zusammenhang der Grundwerte nach Fig.1 hingewiesen. Jer spezifische Brennstoffverbrauch einer Verbrennungskraftmaschine bezogen auf ihre innere Leistung, bi, wird in hohem Mass vom Luftverhältnis 1 bestimmt. Ler grundsätzliche dachteil des Ottomotors ist dadurch bedingt, dass bei ihm das Gemisch von vernebeltem Kraftstoff uno luft nur in engen Grenzen zündfähig ist und er bei zu hoher Kompression zum "Klopfen" zeigt. Beim Dieselmotor dagegen umfasst das thermodynamisch günstige Luftverhältnis einen weiten Bereich, der durch geeignete Aufladung auch genutzt werden kann. ben effektiven spezifischen vrennstoffbedarf be in g/kWh erhält man aus bi durch Division durch den mechanischen Wir- kungsgrad # m : Pe Pe = Effektivleistung # m = Pe + Pr Pr = Reibungsleistung Pr wächst mit der Baugrösse und mit dem Quadrat der mittleren Kolbengeschwindigkeit. Günstiges # m erhält man also bei kleinen Motoren, die durch Hocha@fladung hohes Pe haben und die langsam laufen. Nach @ den Kriterien ist das Bestreben der gegenwärtigen Technik zu beurteilen, welche optimales Arbeiten besonders der Kraftfahrzeugantriebe auf drei Wegen versucht Durch ibgasturboaufladung, wie sie z.B. in : K. Zinner "Aufladung von Verbrennungsmotoren" - Springer-Verlag, Berlin 1975, Abschn. 6.2 u. 10. beschrieben wird. Durch eine "Comprex" genannte binrichtung, bei der die Ladeluft durch den Impuls der stossweise aus dem rotor austretenden Abgase dynamisch komprimiert wird, gemäss dem vorgenannten erk Abschn. 9.6. Durch ein Aggregat mit rotierenden Verdrängermaschinen sowohl zur Ausnutzung der Abgase wie zur Kompression der Ladeluft, z.B. mit Äreiskolbenmaschinen der Bauart "Wankel", das durch die Deutsche ÖS - X 27 25 486.o bekannt wurde. Ausführungen, bei denen Kompressoren verschiedener Art direkt vom Rotor angetrieben werden, kommen hier nicht in Betracht, da die bei Aufladung besonders hohe Abgasenergie der Rotoren dabei nicht genutzt wird. "irtschaftlich relevant ist z.Zt. die Aufladung von Verbrennungskraftmaschinen durch Abgasturbolader und besonders günstig deren einsatz bei grossen Schiffsdieselmotoren, wo allerdings wegen der dort gefahrenen Propellerkurve besondere Verhältnisse vorliegen. Bei Cttomotoren dienen Abgas turbolader vorwiegend zum Ausgleich der Drosselverluste, verschlechtern aber die Charakteristik. er wesentliche technische Nachteil der Abgasturbolader liegt in dem durch physikalische Gesetze beschränkten Arbeitsfeld der verwendeten Turboverdichter. Kiese haben ein Kennfeld nach Fig.4 und die Pumpgrenze 1 verhindert den Betrieb bei kleinerem Durchsatz. Die freifahrenden Lader folgen der Arbeitslinie 2, ergeben also hone Aufladung zwangläufig bei grossen Durchsatzmengen, also hohen Schluckmengen, d.h. bei hoher Drehzahl des Mo- tors. Bei kleinen Motoren fur Personenkraftwagen ist der Ein- satz nur durch gewisse Manipulationen möglich; unter anderem durch abblasen von Gas und/oder Luft. 3 sind in J?ig. 4 die Kennlinien eines Turboverdichters bei verschiedenen konstanten Drehzahlen, 4 die Schlucklinien des zum Lader passenden Motors, 5 wäre die ideale Ladelinie für einen Motor mit optimalen Zugkraftkurven für Strassenfahrzeuge. Man sieht, dass sie im Grundsatz orthogonal zur Arbeitslinie 2 des Abgasturboladers verläuft. Arbeitslinie 2 bedeutet, dass die für den Fahrzeugbetrieb ausschlaggebende Drehmomentkennlinie z.B. eines Dieselmotors, verschlechtert wird, wie es die entsprechenden Kurven Fig.2 zeigen. Hier kennzeichnet Index n die Kennlinien des normalen Saugmotors, atl diejenigen des mit Abgasturboaufladung versehe neun, während P die Leistung und NL das Drehmoment bedeuten. Abszisse und ordinate sind bezeichnet. Für Fahrzeugbetrieb günstiger wären die Kurven mit Index k. Diese sind nur durch Lader mit Verdrängermaschinencharakte- ristik zu erzielen, wie dies z.B. in der oben erwähnten deutschen Offenlegungsschrift ±35 r 27 25 486.o beschrieben ist. Ihnen entspricht Ladelinie 5, Fig. 4. nachteilig ist bei dem Verfahren nach ±35 2 27 25 486.0 die Verwendung von Kreiskolbenmaschinen für Abgas und Ladeluft. Die Ausführung dieser Maschinen nach dem Wankel-Prinzip bringt Abdichtungsprobleme. gewicht und Preis sind zu hoch. -as "Comprex"-Verfahren ist bei Lastkraftwagen versuchsweise erprobt. 15-jährige Entwicklung ohne massives Erscheinen ar @arkt deutet auf Schwierigkeiten hin. Nach dem erwähnten Buch von K. Zinner zeigt sich im einsatz bei Sersonenkraft- wagenmotoren eine gewisse Uberlegenheit gegenüber Abgasturboaufladung. Es handelt sich aber nicht um einen freifahrenden Lader und daher ergeben sich zwangläufig Beschränkungen in der Mengen/Druck-Relation, die im breiten Arbeitsfeld eines antriebes für Strassenfahrzeuge stark schwankt. Luft- verhältnisse @ > 1,5 sind schwer zu erreichen. Abgasturboaufladung hat bei grossen Schiffsdieselmotoren tatsächlich zu Verbrauchswerten wie Fig.1 geführt. Diese Verhältnisse sind Jedoch auf Kraftfahrzeugantriebe nicht übertragbar. Es wird hier nicht nur eine ganz andere Lrehmomentcharakteristik verlangt, sondern das ums Hundertfache zur ungünstigen Seite verschobene Verhältnis von törder- menge zu törderhöhe schliesst die Verwendung von 'lurbomaschi- nen bei kleinen Motoren praktisch aus - denn der Wirkung grad des Laders bestimmt den des Motors. Noch unangenehmer wirkt sich eine andere spezifische Ligen- art der Turbomaschinen aus : Leistung, Durchsatz und Gef;l- le hängen in einer Weise zusammen, dass man den variablen Verhältnissen dieser Grössen im weiten Arbeitsfeld eines Kraftfahrzeugmotors nur durch Anpassung des 'l'urbinenleit- apparates gerecht werden könnte. Das ist bei den kleinen maschinen technisch gar nicht durchführbar. Es ergab sich aus ig.4, dass die rotoren durch Abgasturbo- lader ausschliesslich bei hohen Drehzahlen aufgeladen werden, wo die Maschinen an sich schon strapaziert sind, und die notwendige Auslegung der Motoren mit dem Kompressionsverhältnis des Saugmotors führt bei der späteren Aufladung zu einer Vervielfachung der Spitzendrücke. Diese wiederum ergeben ausser der sinnlosen mechanischen Überbeanspruchung der Triebwerksteile wegen hoher Absolutdrücke im Motorzylinder erhöhte NOx-Werte. Die hohe Drehzahl der Abgasturbolader erfordert Spezialma- terial und bedingt Schwierigkeiten bei der Geräuschdämp- fung. Der Gesamtwirkungsgrad der kleinen einheiten für Fahrzeug- motore ist gering und zur Ausnutzung der erhöhten totor- leistung bei verschlechterter Drehmomentcharakteristik ist ein teureres Getriebe erforderlich. Im wichtigen Stadtverkehr wird die hbgasenergie nicht genutzt, und man fährt gerade dort mit umweltschädlichem Abgas. Die Aufgabe der erfindung besteht nach dieser Kritik darin, den teuren Kreiskolbenmaschinen mit ihren Abdichtungspro blemen einen anpassungsfähigen, billigen Rotations-Schwing- lader gegenüberzustellen, und gegenüber Abgasturboaufladung oder Comprex volle nutzung der Abgasenergie bei optimalem @uftverhältnis im gesamten Motorarbeitsbereich, niedrige Drehzahl, hohen iiiirkungsgrad, niedrigere Motorbeanspruchung, günstige Fshrleistungscharakteristik, Verwendung billigen Laterials und geräuscharmen Betrieb bei Sinfachheit, War tungafreiheit und geringem Gewicht zu gewährleisten. Die Lösung der Aufgabe wird in einem besonderen hotations- Schwinglader gefunden, einer rotierenden Verdrängermaschine, die als solche keiner Beschrankung des Arbeitsfeldes unterliegt und für die vorliegenden Verhältnisse von törderhöhe zu Fördermenge physikalisch geeignet ist, bei der durch niedrige Drehzahl und direkte Arbeitsübertragung der Abgas energie zum Ansaugen und zur Kompression der Ladeluft ein hoher Gesamtwirkungsgrad verbürgt wird, sodass geringste ansprüche an die Werkstattarbeit bei grossen Toleranzen gestellt werden. Arbeitsorgane dieser Maschine sind einzelne Radzellen, welche durch Verbindung der sie seitlich in Umlaufrichtung begren3enden, vorwiegend radial und in Achsrichtung verlaufenden Wände abwechselnd mit einer von zwei konzentrischen Wellen gekennzeichnet sind. Diese Wellen sind durch kine matlcne Kittel, elliptische oder unrunde Zahnräder oder Kurbelgetriebe in ihrer allgemeinsten Form als 4-Gelenk Ketten, miteinander treibend verbunden, was bewirkt, dass die Volumina der Radzellen sich während der gleichsinnigen Rotation = leachbarzellen im Gegentakt = rythmisch schwingend vergrössern und anschliessend verkleinern und so Arbeitsräume für expansion, Ansaugen und Kompression bilden, wobei durch grundsätzlich bekannte Massnahmen zum Ladungswechsel Zutritt und Austritt heisser Motorabgase, sowie Ansaugen der Frischluft und Austritt komprimierter Ladeluft gesteuert wird. Spiralstutzen am Gehäuse vermitteln die weiteren Verbindungen. Durch die gewählte - und durch geeignete kinematische Mit- tel realisierte - funktion für die periodische Anderung der Zellenvolumina wird der Durchsatz bestimmt, der das 2 bis 6-fache des freien Volumens des Doppelrotors je Rotorumdre- hung beträgt. Diese enorme Kapazität kann für niedrige breh Zahl oder kleine Baumasse eingesetzt werden. Der mechanische Wirkungsgrad des @otations-Schwingladers ist sehr hoch, soda? der Gesamtwirkungsgrad vorwiegend vom volumetrischen Wirkungsgrad bestimmt wird. Die für diesen wichtigen schädlichen Räume können ser klein gehalten werden, und der Xässigkeit, dem Überströmen von Gas und Luft von Zelle zu Zelle, begegnet man durcn besonders breite Dichtflächen, etwa entsprechend 6 - Fig.6. Diese Mass- nahme erlaubt grosse Spiele und anspruchslose Werkstatiaus- führung. Als besonders günstig für die aufladung von Verbrennungskraftmaschinen durch den totations-Schwinglader ist die möglichkeit herauszustellen, den sonst im Betrieb freifah- renden motor problemlos, z.B. über Keilriementrieb und Frei- laufkupplung, mit der Motorwelle treibend zu verbinden, sodass Aufladung bereits vom Start an erfolgt und auch im leerlauf gewährleistet ist. Bei 4-Takt-Motoren kann man auf diese Verbindung, welche die freizügige bauliche Disposition behindert, verzichten und das sofortige Anfahren des Laders beim Start des Lotcrs durch den ausgeschobenen Zylinderinhalt bewirken. Dazu ist es nur nötig, dafür zu sorgen, dass der Dopelrotor sich beim Starten des Motors immer in Anfahrlage auch bezüglich der Einlassschlitze für die Motorabgase befindet und eine Ingangsetzung in verkehrter Drehrichtung verhindert wird. Dazu dienen die in Zusammenhang mit Pig.8 diskutierten Einrichtungen. Dadurch ist es möglich, das Kompressionsverhältnis der mit diesem Lader ausgerüsteten Verbrennungskraftmaschinen den hufladebedingungen optimal anzupassen. Auf diese Weise werden die im Kotorzylinder auftretenden Spitzendrücke gegen über den Verhëltnissen bei Abgasturboaufladung reduziert. Der freifahrende Rotaions-Schwinglader passt sich sonst wie ein Abgasturbolader automatisch den durch Drehzahl und Brenn stffzuteilung charakterisierten Bedingungen des Motors an, nur dass diese anpassung momentan erfolgt und sein höherer Gesamtwirkungsgrad günstigere Bedingungen schafft, während das Fehlen einer Pumpgrenze den uneingeschränkten Einsatz im Gesamtarbeitsbereich ermäglicht. Die Aufladung von Fahrzeugdieselmotoren ist unumstritten, aoer es werden auch ersonenkrsftwagen mit durch Abgastur- boladern aufgeladenen Ottomotoren angeboten und durch den Slogan propagiert, dass bei ihnen "2 Zylinder durch Luft ersetzt werden." Im effekt werden dabei jedoch lediglich bei hohen Motordrehzahlen die Drosselverluste gedeckt. Die ausschlaggebende Drehmomentcharakteristik wird ungünstiger und die thermodynamische Verbesserung ist nicht essentiell. Ein Rotations-Schwinglader würde auch die Verhältnisse bei Ottomotoren verbessern. Diese aber bleiben grundsätzlich benachteiligt, da bei Teillast günstige Bereiche ihrer p.v.-Liagramme abgeschn@tten werden. Beim Dieselverfahren bestehen derartige Einschränkungen richt. a vom Start an reichlich Duft zur Verfügung steht, kann man bei den mit Rotations-Schwingladern ausgerüsteten Automobiltriebwerken starke Brennstoffgaben Je Zylinder- Arbeitshub schon bei niedriger Drehzahl des Motors einsprit- zen und so in diesem A@beitsbereich hohe Drehmomente erzielen, ohne den Motor besonders zu strpazieren. Dieser gün- stige Drehmomentverlauf srart Getriebegätge und verleiht dem damit ausgerüsteten Fahrzeug rasanten Anzug und hohes Beschleurigungsvermögen. Durch gute Spülung und optimales Luftverhältnis im ganzen Arbeitsbereich ergibt sich günstiger Brennstoffverbrauch und eine umweltfreundliche Abgaszusammensetzung. Die Expansionsmaschine des Rotations-Schwingladers verarbeitet measenrässig die geförderte Ladeluft plus Bre@nstoff, aber das optimale Expansionsverhältnis muss wegen unterschied- licher Drücke und Temperaturen der Abgase, die sich mit der Arbeitsbelastung des Motors ändern, den jeweiliger Daten an- gepasst werden, d.h. es muss die Füllung geändert werden. Da man beim eintritt der Motorabgase in die hxpansionszeilen des Doppelrotors wegen der Temperaturen grundsätzlich suf besondere Steuerorgane verzichten wird, also eine Schlizt- steuerung vorliegt, muss das Zeit-Volumen-Diagramm dieser Einlasssteuerung beeinflusst werden. Der notwendige Umfang dieser Änderung ergibt sich aus den p.v-Diagrammen für die Motorabgase Fig. 11. Der Einlassschlitz für die Motorabgase im äusseren Mantel des Doppelrotors, 7 in Fig.6, korrespondiert mit Schlitz 8 im räumlich feststehenden Gehäuse und wird baulich im Zu samrenhang mit der periodischen Änderung der als Arbeitsräume dienenden Zellenvolumina festgelegt; also für den Gaseinlass nach der Totlage, in welcher die radialer Zellenwende dicht beieinander stehen und erstreckt sich so weit, wie für eine gewünschte Füllung erforderlich. Die Totlagen sind offensichtlich durch die kinematischen mittel zur Kopplung der beiden konzentrischen Wellen 9,lo fig. 8 bestimmt : Bei elliptischen Zahnrädern durch deren Stellung im Raum zum Gehäuse und bei einer umlaufenden 4-Gelenk-Kette durch die zum Gehäuse fixierte Lage des Gestells @1 - - Fig. 8. die Änderung der Lage der Zahnräder zum Gehäu- se kann durch Schwenken der Schwinge 12 - Fig. 12 erfolgen und bei dem Kurbeltrieb Fig. 8 durch Schwenken des Gestells 11, hier als exzenter ausgeführt, mittels Hebel 13. Die Anpassung der Füllung an die jeweiligen Abgaszustände kann somit beim Rotations-Schwinglader verlustlos erfolgen, ohne dass Steuermittel im Bereich heisser Abgase einzusetzen sind. Eine Köglichkeit, welche bei den kritisierten Ein- richtungen nicht besteht, aber beim Fahrzeugeinsatz einen entscheidenden Vorteil darstellt. Natürlich beeinflusst diese Steuerungsmassnahme auch die Funktionslage der Steuerschlitze für Lufteintritt, Buft- austritt und Gasaustritt. Sie Wirkung auf Lufteintritt nd Gasaustritt ist zu ver nachläs@igen, da C.ie Verschiebung für sie in dem Bereich wirksa@ wird, wo sich die Arbeitsräume für Einlass und Aus nur schleichend sndern, und auf den Luftaustritt wirkt sich die Massnahme entsprechend den in Fig. 10 dargestellten Verhältnissen positiv aus. Für die Verstellung von Schwinge und Gestell kann man auf linrichtungen nach dem Stand der Regeltechnik zurückgreifen. Als Einflussgrössen dienen Druck und Temperatur der Motorab- gase sowie das sich im Motorzylinder einstellende Spülge- fälle. die jeweiligen Daten können mechanisch und/oder elektronisch ausgewertet werden, während zur mechanischen Verstellung als Servokraft Öldruck und elektrischer Strom zur Ve @ügung stehen. na ist zu beachten, daP beim Abstellen der Verbrennungskraftmaschine eine Rückführung des Rotations-Schwingladers in die Startstellung automatisch durch eine vom Servosy stem unabhängige Kraft erfolgen muss. Die Verteilung der Rotorzellen auf Abgas und Ladeluft erfolgt unter Berücksichtigung der Diagramme i'ig. 10 u. 11. Ausschlaggebend sind dabei die Verhältnisse der austritts- volumina der Abgase zu den Lintrittsvolumina der Ladeluft. Im Mittel ist dieses Verhältnis 2 : 1. Nach Festlegung dieser baulichen Bedingung erfolgt die weitere Anpassung des freifahrenden Rotations-Schwingladers automatisch wie bei der Abgasturboaufludung, die eingehend theoretisch und experimentell untersucht ist. Vergleiche dazu Abschn. 6.2.5 des oben erwähnten Buches von K. Zinner. Die automatische Ladereinstellung ist danach abhängig vom Gesamtwirkungsgrad des Aggregats, von derarbeitsenergie der Abgase und vom Spülgefälle. Ist die Abgasenergie wegen hoher Temperatur sehr hoch, so läuft das Ladeaggregat schneller, es wird mer Luft gefördert und das Abgas wird entsprechend dem grösseren Luftverhältnis kühler. bo stellt sich schnell für jeden Betriebspunkt ein Gleichgewicht ein. Durch die Beaufschlagung der Zellen im Doppelrotor mit ±Mt und Abgas gleicher Masse wird der Rotations-Schwinglader selbst eine Mittlere Temperatur einnehmen. Durch hohes Luftverhältnis im Arbeitsprozess der zugehöri- gen Verbrennungskraftmaschine ist bei optimalem Kraftstoff- verorauch die Temperatur der Abgase jemals kaum hoher als 460 , sodass die mittlere Temperatur der Maschine 250 nicht überschreiten dü fte. Womit sind die Wärmeauswirkungen erträglich und es bedarf keines kostspieligen Spezialmaterials. Anstatt benachbarte Arbeitszellen des Doppelrotors mit Gas und Luft zu beaufschlagen, wobei die Zellenzahl bestimmte Verhältnisse der Volumen bevorzugt, kann man auch eine Un- terteilung des Doppelrotors in Achsrichtung vornehmen, wie in Fig. 12 ersichtlich. Bier gibt es den kürzeren Rotorteil 14 für Luft und einen längeren für das Abgas. Dazwischen kann man auch eine Isolierkammer 16 anordnen. Gasabteilung 15 Luftteil 13 ist ein reiner Kompressor und es liegt. nahe, hier den Ladungswechsel mit Organen ähnlich den bekannten selbstätigen Ventilen auszubilden, z.B. wie in fIg.13. Die radialen Zellenwände sind hohl - 17 - und haben Sinlassoff- nungen 18, die durch Klappenventile 19 auf einem gefederten Träger 20 bedient werden. Der Druckluftauslass ist analog zu gestalten : Austrittsöffnung 21, Klappen 22, Ventilträger 23. zin- bezw. Auslass erfolgt hier jeweils auf einer Stirnseite der Zellenwände. bs ist möglich, in ähnlicher Weise auch den Auslass der treibenden Abgase zu gestalten - Fig. 14; dagegen verzichtet man besser auf ähnliche Konstruktionen für den Gaseinlass, da hier mit wesentlich höheren Temperaturen zu rechnen ist. Es bleibt zweckmässig bei den Steuerschlitzen 24, die mit korrespondierenden 25 im Gehäuse zusammenarbeiten. Vorzugsweise wird die unten beschriebene Bauart nach Fig. 8 vorgeschlagen, mit Doppelrotor nach Fig. 6 u. 7. Lie radialen Zellenwände 17 können sowohl aus Blechteilen gefertigt werden, wie auch aus massivem Material, evtl. aus Gusseisen. Rassiv geben sie dem Rotor das erforderliche Schwunggewicht, sodass auf Anordnung eines Schwungrades wie 27 Fig. 12 verzichtet werden kann. Besondere Festigkeit erhält der Doppelrotor , wenn man die radialen Zellenwände 17 nicht wie in Fig. 7 genau in kchs- richtung verlaufen lässt, sondern sie nach Art der profile einer mehrgängigen Schraube von entsprechender Gewindeform ausbildet. Bei den kinematischen Mitteln, welche die periodische Ande- rung der Arbeitsräume erzwingen, ist die Funktion elliptischer Zahnräder einfach einzusehen. Sie werden wie in Fig. 12 als 28,29 zusammen mit den @@ückführenden Rädern 30 als Vorgelege angeordnet. Die Vorgelegewelle 31 ist dabei auf einer Schwinge 12 gelagert, deren Stellung gegenüber dem Gehäuse gleichzeitig die Lage der Totpunkte der Schwingbe- wegung der Arbeitszellen dazu bestimmt. Eine Werdopplung des Vorgeleges reduziert die Zahndrücke und die Beanspruchung der Lager der konzentrischen ellen 9, lo. Je nachdem, ob die elliptischen Räder um ihre Mittelpunkte oder die Brennpunkte kreisen, ergibt sich eie einfache oder eine doppelte Schwingungsfunktion über eine Umdrehung des Doppelrotors. Die einfache punktion kann man auch durch er äquivalentes System von Antiparallelkurbeln erzwingen. Obwohl die erstellung elliptischer Zahnräder nicht proble- matisch ist, sid sie schon weger der Geräusche hier nicht zu favorisieren. In jeder Hinsicht überlegen ist vielmehr ein Kurbeltriebwerk im weiteren Sinn, das hier z.B. nach Fig. 15 als umlaufende doppelte 4-Gelenk-Kette vorgeschlagen wird. Das Gestell 11 liegt der Koppel 32 gegenüber und die beiden Kurbeln sind 33 u. 34. Die Systemkopplung wird durch das beiden Kurbelgetrieben gemeinsame Glied 34 bewirkt. Die Gliederlängen müssen der Grashof'schen Bedingung genügen und ihr Verhältnis zu einander bestimmt den ùchwingungsausschlag der Funktion für die periodische Än- derung der Arbeitsräume. Das Gestell 11 ist in Fig. 8 als Exzenter ausgebildet, dessen Verarehung durch den hebel 13 die notlagen der Arbeits- räume gegenüber dem Gehäuse folgen. bine Reihe von Variante ist nach den Lehren der Kinematik möglich. lader ist die einfachste vorgestellt. Dabei sind die Lager an den beiden Endpunkten des Gestells 11 konstruktiv gegeben, aber die an den Koppeln 32, welche keine volle Umdrehung ausführen, brauchen keineswegs Wälz-. oder Gleitlager zu sein. Es ist vielmehr möglich, hier die Verbindung durch elastische Glieder herzustellen, aber auch durch Ketten oder andere Zugorgane. kühlt mpn hier elasti suche Koppelglieder, so können diese gleichzeitig die Funktion der Rückstellfeder 35 Fig. 8 übernehmen. Die durch die erfindung erzielbaren Vorteile können im thermodynamischen Bereich deutlich durch die Diagramme Fig. 3 u. 5 belegt werden. Im gesamten Arbeitsbereich wird eine Verbrennungskraftma- seine für Fahrzeugantrieb unter voller lQutzung der Abgas energie für 1i1 und o/o - d.h. für Vollast und im Leerlauf beliebig hoch aufgeladen. 4 sind wieder die kotorschluckli- nien, zu denen hier auch die von der Ventilüberschneidung beeinflussten hinzugefügt sind. btrichpunktiert sind zwei mieferkurven des laders angedeutet, die beim freifahrenden aggregat das Feld dicht abdecken. Diese optimale Aufladung ist die Grundlage für die Kotor- charakteristiken l,ig. 5 mit den Kurven re für Voll- und Halblast und den zugehörigen Funktionswerten für den spezifischen Brennstoffverbrauch be und das Drehmoment M. Jan erkennt die Verwandtschaft dieser kurven mit denen Fig. 2, Index k. Durch diese Charakteristiken ist es möglich, mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler als Getriebe bei einem Personenkraftwagen auszukommen, als ein Getriebe ohne Zahnräder in schaltbaren Gangstufen zu benutzen, mit allen Vorteilen, wie sie nach ±35 S 27 25 486.o als bekannt anzusehen sind. Der ivotor gibt dabei hohe Leistung bereits bei geringer Drehzahl ab, was ihn schont. Dies bedeutet auch leisen Lauf im Stadtverkehr und hohen Wirkungsgred, da der Rotor erfahrungsgemäss bei hoher Drehzahl hohe Xigenwider- stände entwickelt. Die mögliche Aufladung nach 5 Fig. 4 erlaubt einen Konstantleistungsmotor - das ideale Antriebs- mittel für Strassenfahrzeuge. ìne vorzugsweise Ausführung des Rotations-Schwingladers ist im Schnitt Fig. 8 mit der Ansicht in Achsrichtung Fig.9, zusammen mit den Nebenfiguren 6, 7 u. 15 gut erkennbar. Das Gehäuse 36 trägt vier Stutzen ftr Abgas und Luft, an- geflanscht ist der Getriebekasten mit dem mit Fig 15 beschriebenen Kurbeltriebwerk. Das Gestell der umlaufenden 4-Gelenk-Kette ist als Exzenter 11 ausgebildet, welcher durch Hebel 12 gegenüber dem Gehäuse 36 verdreht werden kann. In der axonometrischen Darstellung Fig. 7 erkennt man den Doplelrotor mit 3 radialen Wandern 17 auf einer inneren hül- se 37 und drei entsprechenden, welche zwischen die vorbeschriebenen greifen, auf dem Aussenring 38. In lig. 8 sind Aussen- und Innenring mit den Seitenwänden 3Q,40 abgesch@os- sen. Die beiden Teile des Doppelrotors sitzen auf den konzentrischen ellen 9 u. lo, die durch das Kurbelgetriebe 15 15 gekoppelt sind. tinte Feder 35 dreht im Stillstand den Doppelrotor in Startstellung, die Klinken 41 verhindern Anlaufen in der verkehrten Drehrichtung. Im Gehäuse 36 sind die Steuerschlitze 8 angedeutet, welche mit entsprechenden 7 im *ussenrotor zusammenarbeiten. huch in den Seitenwänden sind Steuerschlitze untergebracht. Wegen geringer Betriebstemperatur kann von Kühlrippen oder Anschluss an das Kühlsystem der aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine abgesehen werden. Lager und Getriebe dagegen könren zwanglos an das Motorschmiersystem angeschlossen werden. Zufluss 42, Abfluss 43. Bei dieser Ausführung kann sowohl auf eine Schwungscheibe wie auf den Zusatzantrieb vom Motor verzichtet werden, wie beides noch in Fig. 12 als 27 und 44 zu erkennen ist.

Claims: Patentansprüche 1. Rotations-chwinglader als ibgaslader für Verbrennung kraftmaschinen, bei dem expandierende Motorabgase einen Doppelrotor in einem Gehäuse in Drehung versetzen und ihre energie beim Ansaugen und der Kopression der Ladeluft umsetzen, bei dem gleichsinnig umlaufende Xadzellen durch etwa radial und in Achsrichtung verlaufende Wände, einem der Doppelrotor aussen umschliessenden aingkörper, mitrotierenden Seitenwänden und einer inneren konzentrischen Begrenzung gebildet werden, wobei die Zellenvolu mina sich während eines Umlaufs des Doppelrotors nach einer vorgeschriebenen Funktion ändern und so trbeits- räume für die Expansion der Motorabgase und das Ansaugen und die Kompression der Ladeluft bilden, mit Einrichtungen für den Ladungswechsel besagter Arbeitsräume, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Längswände (17) der Zellen abwechselnd mit einer von 2 konzentrischen ellen (9,10) verbunden sind, die ihrerseits durch kinematische Mittel, unrunde oder elliptische Zahnräder und/oder Kurbeltriebe so miteinander gekoppelt sind, dass die periodische Bewegung der Zellenwände gegeneinander bei gleichsinnigem Umlauf des Doppelrotors erzwungen wird. 2. Rotations-Schwinglader nach Patentanspruch 1, bei dem die kinematischen Mittel, durch die die beiden konzentrischen ellen (9,1o) miteinander gekoppelt sind, in einem Vorgelege mit mindestens 2 elliptischen Zahnrädern (28,29) besteht, wobei die Vorgelegewelle auf einer Schwinge (12) gelagert ist. 3. Rotations-Schwinglader nach Patentanspruch 1, bei dem die kinematischen Mittel, durch welche die beiden konzentrischen ellen (9,1o) miteinander gekoppelt sind, aus einem umlaufenden Kurbeltriebwerk bestehen, vorzugsweise aus einer doppelten 4-Gelenk-Kette ( 11, 32, 33,34) 4. Rotations-Schwinglader nach Patentanspruch 1, bei dem die Steuerung des Ladungswechsels in den Arbeitsräumen durch Schlitze erfolgt, welche in der äusseren Segren- zung des Doppelrotors (38) und in den Seitenwänden (39 40) angeordnet sind und mit entsprechenden (8) im Ge häuse (36) korrespondieren. 5. Rotations-Schwinglader nach Patentanspruch 1, bei dem der Doppelrotor in Achsrichtung in 2 abteilungen unter teilt ist, eine für Ladeluft (14), eine für Motorabgase (15), wobei das Längenverhältnis entsprechend den durcn die aufzuladende Verbrennungskraftmaschine bestimmten Verhältnisse der zu verarbeitenden Volumina von Lotor abgas und Ladeluft bestimmt wird. 6. Rotations-Schwinglader nach fatentanspruch 5, bei dem der Ladungswechsel in der Luftabteilung (14) durch vo Kompressorenbau bekannte selbstä@ige Ventile gesteuert wird. 7. Rotations-Schwinglader als Abgaslader für Verbrennungs kraftmaschinen, bei dem expandierende Utotorabgase einen Doppelrotor in einem Gehäuse in Drehung versetzen und ihre Energie beim ansaugen und der Komptession der La- deluft umsetzen, bei dem gleichsinrig umlaufende Radzel- len durch etwa radial und in Achsrichtung verlaufende Wände, einem den Doppelrotor aussen umschliessenden Ring körper, mitrotierenden Seitenwänden und einer inneren konzentrischen begrenzung gebildet werden, wobei die Zellenvolumina sich während eines Umlaufs des Doppelro- tors nach einer vorgeschriebenen punktion ändern und so Arbeitsräume für die Expansion der Motorabgase und das Ansaugen una die Kompression der Ladeluft bilden, mit Einrichtungen für den Ladungswechsel, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung der Expansionszellen für Motorabgas, dessen veränderlichen Zustandsgrössen entsprechend, für optimale Energieausbeute gesteuert wird. 8. Rotations-Schwinglader nach Patentanspruch 7, bei dem die Steuerung des Abgaszutritts bei Schlitzsteuerung durch relative Verschiebung der Xintrittsschlitze (7) im Rotormantel (38) gegenüber den korrespondierenden im Gehäuse (8), durch Verschiebung der Totpunkte der Volu- menänderung der Arbeitazellen bewirkt wird, z.B. bei ei nem Vorgelege mit elliptischen Zahnrädern durch Verstel lung der Schwinge (12) des Vorgeleges und bei Eurbel- trieb durch sinngemässe Verdrehung des Gestells (11) der 4-Gelenk-Kette. 9. Rotations-Schwinglader nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Wellen (9,10) über treibende Verbindung (44) mit Preilauf, so mit der Motorabtriebswelle gekoppelt ist, dass der Lader beim Start und im Leerlauf der Ver- brennungskraftmaschine mitgenommen wird, Aufladung so vom start an und im Leerlauf sichernd. 10. Rotations-Schwinglader nach den fatentansprüchen 1 bis 8, vollständig freifanrend und nur mit den Leitungen für Abgas und Ladeluft mit einer 4-Takt-Verbrennungskraftmaschine verbunden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Stillstand der aufzuladenden Verbrennungskraft maschine der Lader automatisch in seine Anfahratellung gedreht wird, sodass beim Anlassen die energie der ausgestossenen Zylinderfüllung den Rotations-Schwinglader anwirft, wobei eine Arretierung, z.ss. Klinke (41) si cherstellt, dass der Lader immer in der für ihn vorgesehenen Drehrichtung anläuft, wozu die füllung gleichzeitig so geregelt wird, dass der ausgeschobene Zylinder inhalt der Verbrennungskraftmaschine die erforderliche energie erhält.

Inventors: KICKBUSCH, ERNST, DIPL.-ING.
Applicants: KICKBUSCH, ERNST, DIPL.-ING.
Application year: 1979
Main classification: F02B37
IPC codes: F02B37, F01C1