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Drehkolbenbrennkraftmaschine der Trochoiden-Bauweise
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenbrennkraftmaschine der Trochoiden-Bauweise mit einem Gehäusemantel, dessen zweibogige innere Mantelfläche zusammen mit Seitenwänden von einer Exzenterwelle durchsetzt ist, auf deren Exzenter ein mehrzahniger Kolben mit an seinen Ecken vorgesehenen Radialdichtungen drehbar gelagert ist, die sich in ständiger Berührung mit der Innenfläche des Mantels befinden, sowie die Begrenzung des durch mindestens einen Quersteg der Kolbenflanke unterteilten Brennraumes im Kolbenboden bilden, wobei sich in einem achsnahen Bereich des Gehäusemantels das Zündorgan und im gegenüberliegenden Bereich der Ein- und Auslasskanal befinden.
Zwecks Erzielung eines angemessenen Wirkungsgrades ist es bei Drehkolbenbrennkraftmaschinen erforderlich, ausreichend grosse Querschnitte der Verbrennungsräume für das überlaufen des Arbeitsstoffes bei der Bewegung des Bodens des Kolbens längs der am nächsten gelegenen Stelle des inneren Hohlraumes des Gehäuses während des Verbrennungsverlaufes auszubilden. Dies erfordert jedoch auch grosse Querschnitte, für das Gebiet des Saug- und Auspuffsystems in den Fällen, in denen beide K-anaie in den gleichen Arbeitsraum ausmünden. Uies tunrt zur starken gegenseitigen Beeinflussung der Verhältnisse im Saug- und Auspuffsystem, wie z. B. zur direkten Überführung des frischen Arbeitsstoffes aus den Saug- in die Auspuffrohrleitung oder zum Durchschlagen der Flamme in die Saugrohrleitung.
Diese Erscheinungen sind bei den bekannten Drehkolbenbrennkraftmaschinen um so bedeutungsvoller, da bei der Zeitschaltung des Auspuffbeginns und des Saugendes der Saugbeginn und das Auspuffende weniger geeignet ist als bei den Viertakt-Ventilmotoren mit Umkehrbewegung des Kolbens. Im Vergleich mit diesen Motoren ist die sogenannte überschneidung der Ventile, d. h. das gemeinsame öffnen der Auspuff-und Saugöffnung für einen Raum bei Drehkolbenbrennkraftmaschinen zeitlich sehr lang.
Durch die Unterteilung des Brennraumes wird die Temperatur der Auspuffgase und der Brennstoffverbrauch auf die Leistungseinheit wesentlich herabgesetzt und endlich werden die Beziehungen zwischen dem Saug- und Auspuffsystem besonders vereinfacht. Durch die Unterteilung der Verbrennungsräume werden auch günstige Bedingungen für die Verbrennung der Arbeitsstoffe geschaffen, ohne dass das überlaufen des Arbeitsstoffes beim Verlauf der Verbrennung ernstlich gestört wird. So können geeignete Bedingungen für die Verbrennung bei verschiedener Anwendung der Maschine erzielt werden, z. B. durch Ausbildung einer geeigneten Wirbelung des Arbeitsstoffes, wie dies insbesondere für die zweite Phase der Verbrennung notwendig ist.
Die Anordnung unterteilter Brennräume ermöglicht die Aufrechterhaltung des wirbellosen Zustandes des Arbeitsstoffes für die anfängliche Phase der Verbrennung, oder geeignete Bedingungen des augenblicklichen Druckes des Arbeitsstoffes, was bei einer Brennkraftmaschine mit einer Selbstzündung, wo die Erzielung eines höheren Kompressionsdruckes in demjenigen Teil des Arbeitsraumes, in dem der Brennstoff eingespritzt wird, als der durchschnittliche Mitteldruck im ganzen Arbeitsraum, ermöglicht wird.
Schliesslich wird die Reduzierung von Verlusten erreicht, die durch wiederholtes überlaufen des Arbeitsstoffes im Laufe der Verbrennung längs der nahesten Stelle der Wand des inneren Hohlraumes des Gehäuses entstehen und von den hiemit verbundenen erhöhten Verlusten der Wärme in den
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Gehäusewänden und dem Kolbenboden. Durch die Anordnung mehrerer durch Stege unterteilter Verbrennungsräume kann bei bekannten Drehkolbenbrennkraftmaschinen eine Vergrösserung der Verbrennungsgeschwindigkeit des Brennstoffgemisches und zugleich eine Verbesserung des Verbrennungskammervolumens im Augenblick der Zündung erzielt werden, was jedoch auch eine gleiche Anzahl von Zündorganen bedingt.
Ziel der Erfindung ist nun eine weitere Verbesserung von Drehkolbenbrennkraftmaschinen der eingangs angeführten Art und Erhöhung des Wirkungsgrades ihres Arbeitszyklus, ohne jedoch hiemit die Laufhärte der Maschine zu erhöhen.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass die Ausnehmung des Kolbenbrennraumes in Umfangsrichtung des Kolbens verschieden gross sind und sich die kleinere Ausnehmung im voreilenden Teil der Kolbenfläche befindet, wobei jeweils der Steg den Brennraum ganz oder teilweise unterteilt.
Nach einem Merkmal der Erfindung kann in dem den Kolbenbrennraum unterteilenden Steg eine Überströmöffnung vorgesehen sein.
Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele, welche in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind, näher erläutert. In diesen zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch die Maschine, Fig. 2 den Verbrennungsraum mit durch einen quer angeordneten Steg unterteilte Ausnehmungen, teilweise im Schnitt, Fig. 3 den Verbrennungsraum in Ansicht von oben auf den Kolbenboden, Fig. 4 den Verbrennungsraum gemäss Fig. 2 mit einer Ausnehmung im Steg, Fig. 5 die Ausführung gemäss Fig. 4 in Draufsicht auf den Kolbenboden, Fig. 6 eine gegenüber Fig. 4 abgewandelte Ausführung, Fig. 7 die Ausführung gemäss Fig. 6 in Draufsicht, Fig. 8 eine weitere abgewandelte Ausführung des Verbrennungsraumes mit einer Ausnehmung im Steg, Fig. 9 die Ausführung gemäss Fig. 8 in Draufsicht, Fig.
10 eine Ausführung mit durch zwei Stege unterteiltem Verbrennungsraum, wobei die Stege durchlaufend über die ganze Ausnehmung angeordnet sind, Fig. 11 eine Draufsicht auf die Ausführung gemäss Fig. 11 und Fig. 12 den Querschnitt durch eine Ausführung der Maschine mit mehreren Ausnehmungen im Kolben bei mehrfacher Anordnung von Zünd- oder Einspritzorgangen im Gehäuse.
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des Innenraumes --3-- aufweist. Senkrecht zu den Seitenwänden-2-ist der Innenraum-3von einer Exzenterwelle--6--durchsetzt, auf deren Exzenter--7--ein mehrzahniger Kolben --8-- drehbar gelagert ist.
Der Kolben--8--befindet sich mit den seine Böden --9-- bildenden Umfangsflächen mittels an seinen Ecken vorgesehenen Radialdichtungen --10-- in ständiger Berührung mit der Innenfläche des Mantels. Hiedurch sind drei Arbeitsräume --11, 12 und 13-gebildet, in denen die einzelnen der Phasen des Arbeitszyklus in bekannter Weise verlaufen.
Im Boden
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-9-- des Kolbens --8-- sind Ausnehmungen --14, 15--Auslasskanal-18-für den Austritt der Auspuffgase und im gegenüberliegenden Bereich ein Zündorgan--19--angeordnet,
Der Steg--16--ist vor die Hälfte der Länge des Kolbenbodens--9--verschoben, so dass die Ausnehmungen--14, 15-- des Kolbenbrennraumes in Umfangsrichtung des Kolbens--8-- verschieden gross sind und sich die kleinere Ausnehmung im voreilenden Teil der Kolbenflanke befindet, was besonders für die Erhöhung des Druckes in der hinter dem Steg--16--folgenden Ausnehmung von Bedeutung ist.
Bei der Bewegung des in Fig. 1 eingezeichneten Kolbens--8--im Sinne des Uhrzeigers kommt es zum stufenweisen Überschieben des Brennstoffes von der grösseren Ausnehmung--14--in die kleinere voreilende Ausnehmung --15-- über den die Ausnehmungen unterteilenden Steg-16--. Infolgedessen entsteht in der kleineren Ausnehmung--15--eine zunehmende Stromverdichtung und eine Turbulenz des Brennstoffgemisches u. zw. am stärksten in der Kolbenlage, bei der sich der Steg --16-- gegenüber der der Gehäuseachse naheliegenden Zone befindet, welche Lage praktisch dem theoretischen Kompressionshub des Kolbens entspricht.
Eine Verdichtung und heftige Aufwirbelung des Brennstoffgemisches hat begreiflich einen bedeutenden Einfluss auf die Zündwilligkeit und rasche Durchbrennung des Brennstoffgemisches, was eine um so grössere Bedeutung hat, wenn es sich um Drehkolbenbrennkraftmaschinen handelt, bei welchen die ideale geometrische Gestaltung des Kolbenbrennraumes durch die geometrische Gestaltung des Kolbens wesentlich eingeschränkt wird. Die unsymmetrische Unterteilung des Brennraumes durch
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einen Steg hat nicht nur einen vollkommeneren Gaswechsel zur Folge, sondern muss sich ausserdem unbedingt in einer wesentlichen Vervollkommnung des Verlaufes des gesamten Verbrennungsprozesses auswirken.
Die Bedingungen für die Verbrennung sind von der Stellung des Steges-16-, vor, inmitten oder hinter der Hälfte des Bodens--9-, abhängig. Die Druckunterschiede über den beiden
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Systemen handelt. Bei voller Öffnung der beiden Kanäle-17 und 18-sind beide Systeme praktisch voneinander vollkommen getrennt.
Die Ausführung der Ausnehmungen-14, 15- und des Steges --16-- ist für diesen Fall in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht. Für die wirksamste überquerung der Ausnehmungen-14, 15- ist es zweckmässig, den Boden-9-des Kolbens in der Form annähernd der inneren Hüllfläche, bestimmt durch das Gebiet --4-- des Innenraumes --3-- bei der Bewegung des Kolbens-8um diese Stelle auszubilden. Für die gleichgerichtete Aufwirbelung der Füllung des Arbeitsraumes ist
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dass es zwischen den Ausnehmungen--14 und 15--zu einer heftigen Strömung und somit Aufwirbelung des Betriebsstoffes kommt.
Die Überströmöffnung--20--im Steg--16--kann auch für die Ausnutzung der dynamischen Schwingungen in der Einlassrohr- und Auslassrohrleitung für das
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Strömung des Betriebsstoffes durch die Ausnehmung kommt. In den Fig. 8 und 9 ist die Ausbildung der Ausnehmung --15-- in Kreisform für eine vollkommene Ausnützung der Strömung und Wirbelung
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kreisförmigen Ausnehmung --15-- angeordnet ist.
In den Fig. 10 und 11 ist eine Lösung mit mehreren Ausnehmungen-14, 15 und 23-veranschaulicht, die durch nur teilweise durchgehende Stege --16-- voneinander getrennt sind. Trotzdem der Boden --9-- des Kolbens --8-- durch die Stege --16-- nicht gänzlich verbunden ist, wird durch eine solche Ausbildung des Verbrennungsraumes eine direkte Verbindung des Saug- und
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gedacht sind, ist in Fig. 12 veranschaulicht. Dadurch sind im Boden --9-- des Kolbens --8-unabhängige Teilräume des ganzen Arbeitsraums ausgebildet, welche Anordnung bei mehrfacher Anordnung von Zünd- oder Einspritzorganen --19--, gerichtet zu den einzelnen Ausnehmungen - 15 und 23-geeignet ist.
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