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Innenachsige Zweitakt-Rotationskolben-Brennkraftmaschine der Trochoidenbauart
Die Erfindung befasst sich mit innenachsigen Rotationskolbenmaschinen, u. zw. speziell mit Rota- tionskolbenbrennkraftmaschinen. Derartige Maschinen bestehen bekanntlich im Prinzip aus einem Ge- häuse oder Umschliessungskörper und einem darin angeordneten Kolbenläufer. Dabei sind die Achsen des
Umschliessungskörpers und des Kolbenläufers parallel zueinander, jedoch in einem gewissen Abstand i voneinander angeordnet. Alle echten innenachsigen Rotationskolbenmaschinen gehen in ihrer Entwurf- grundlage von einer Trochoide aus und benötigen dazu noch die zugehörige äussere oder innere Hüllkur- ve.
Aus diesem Grunde lassen sich alle Rotationskolbenmaschinen in ein mathematisch-geometrisches
Ordnungssystem einordnen, u. zw. in eine erste Gruppe, bei der die Trochoide den Umschliessungskör- per darstellt und der Kolbenläufer die Form der inneren Hüllkurve aufweist und in eine zweite Gruppe. bei der umgekehrt der Kolbenläufer als Trochoide ausgebildet ist und der Umschliessungskörper hiezu die äussere Hüllkurve darstellt.
Die bisher bekanntgewordenen Rotationskolbenbrennkraftmaschinen arbeiten sämtliche nach dem
Viertakt-Prinzip. Die meisten Versuche erfolgten mit Trochoiden als Gehäusewandung und mit dazu- gehöriger innerer Hüllkurve als Kolbenläufer. Meistens wurden mehrbogige Trochoiden als Entwurfs- grundlage verwendet. Aber dabei ergibt sich der Nachteil, dass mit jedem weiteren Bogen die Exzen- trizität, d. h. der Kurbelradius der Maschine, immer kleiner wird. Im wesentlichen beschränkte man sich daher auf eine zweibogige Epitrochoide (Nierenkurve) als Gehäuse mit einer dreieckigen inneren
Hüllkurve als Kolbenläufer. Bei dieser Ausbildungsform müssen die Dichtleisten an der rotierenden inne- ren Hüllkurve angeordnet sein.
Sie sind deshalb beim Rotieren der Fliehkraft unterworfen, so dass sie während des Laufes unterschiedlich stark an der Aussenwand anliegen und dass unter Umständen sogar der zulässige Auflagedruck überschritten wird. Ausserdem vollführen sie eine beträchtliche und vor allen
Dingen eine ungleichförmige mehrfache Pendelbewegung relativ zu ihrer Lauffläche an der Aussenwand.
Eine starke ungleichförmige Abnutzung ist die Folge. Dazu kommt noch, dass diese Radialdichtleisten auch den Schwingungen der Exzenterwelle und des Kolbenläufers unterworfen sind. Infolgedessen ent- stehen Relativbewegungen der Dichtleisten in ihrem Bett, wobei es zu einem Verkanten und Verklem- men der Dichtleisten kommen kann.
Die Radialdichtleisten schlagen daher mit der Frequenz der genannten
Eigenschwingungen der Exzenterwelle gegen die Trochoidenwand, wobei die Schwingebene sich mit der
Kolbenläuferbewegung dreht. Dadurch werden nicht nur Beschädigungen der Dichtleisten selbst verur- sacht, sondern es werden auch mit der Frequenz der Eigenschwingung die sogenannten Rattermarken hervorgerufen, die in kurzer Zeit die Maschine unbrauchbar machen können und daher sehr gefürchtet sind. Radialdichtleisten und ihre Lauffläche, d. h. die trochoidenförmige Wand des Umschliessungskör- pers, müssen daher verhältnismassig häufig ausgewechselt werden.
Dabei ist nicht nur die Tatsache der
Beschädigung der Teile sehr störend, sondern erschwerend kommt noch der Umstand hinzu, dass selbst das blosse Auswechseln der Dichtleisten Schwierigkeiten mit sich bringt, da hiezu der Kolbenläufer völ- lig ausgebaut und die Maschine auseinandergenommen werden muss.
Ein weiterer Nachteil dieser Maschinenbauart liegt in der Ausbildung des Brennraumes. Vor allem beim Dreieckläufer erhält man einen sehr ungünstigen Brennraum, der in zwei Teilräume aufgeteilt ist.
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Der Kolbenläufer muss daher eine Einbuchtung aufweisen, damit überhaupt die beiden Teilräume zwi- schen Kolbenläufer und Trochoidenwand des Gehäuses beim Verbrennungsvorgang miteinander in Ver- bindung stehen. Der Verbrennungsvorgang erfolgt daher gehemmt. Erste und höchste Forderung bei einer
Brennkraftmaschine muss aber eine möglichst gute Verbrennung sein und damit eng zusammenhängend selbstverständlich auch ein einwandfreier Gaswechsel. Auch letzterer bringt bei den bekannten Ausbil- dungsformen von Rotationskolbenbrennkraftmaschinen Schwierigkeiten mit sich.
Bei den genannten Ro- tationskolbenmaschinen mit innerer Hüllkurve als Kolbenläufer liegen die Gasauslasskanäle in der
Trochoidenwand, also in der Lauffläche der Radialdichtleisten. Es werden daher nicht nur die Radial- dichtleisten beim Darübergleiten übermässig beansprucht, sondern es tritt bei Freigabe des Gasauslass- kanals eine schlagartige Entspannung ein, wodurch nicht nur ausserordentlich starke Auspuffgeräusche entstehen, sondern auch die oben schon erwähnten schädlichen Schwingungen des Kolbenläufers und der
Exzenterwelle hervorgerufen werden. Auch beim Einlassvorgang für das Frischgas treten ähnliche Schwie- rigkeiten auf.
Zumindest bleibt im Brennraum ein nicht unerheblicher Gasrest der verbrannten Gase zu- rück, der den Wirkungsgrad der Maschine verschlechtert, Vor allem aber hat sich bei den bisherigen Ro- tationskolbenbrennkraftmaschinen eine Ausbildung als Dieselmaschine als nicht durchführbar erwiesen, da die erforderliche hohe Verdichtung sich nicht erreichen liess und ausserdem, wie oben schon erwähnt, der Verbrennungsraum zerklüftet ist.
Bekannte Ausbildungen von Rotationskolbenmaschinen der andern Gruppe, also Maschinen mit äusserer Hüllkurve als Gehäuse und trochoidenförmigem Kolbenläufer, weisen zwar die oben genannten
Schwierigkeiten mit den Radialdichtleisten nicht in dem erwähnten Ausmass auf, aber die andern genannten Nachteile hinsichtlich Brennraum und Gaswechsel bestehen auch hier, da es sich um Viertakt-
Maschinen mit mehrbogigen Trochoiden handelt. Diese Maschinen weisen alle eine sehr kleine Exzen- trizität bzw. Kurbelradius auf. Ferner haben sie Schwierigkeiten wegen der beträchtlich langen Dicht- grenze, vor allem weil die am Gehäuse angeordneten Radialdichtleisten und die am Kolbenläufer angeordneten Seitendichtleisten kein geschlossenes Dichtsystem bilden.
Ferner ergeben die Ecken zwischen den einzelnen aufeinanderfolgenden Trochoidenbögen immer Schwierigkeiten bei der seitlichen Abdichtung. Eine Ausbildung mit einer zweibogigen Epitrochoide (Nierenkurve) ist bekanntgeworden. Dabei wurde die Gaszufuhr zum Brennraum nicht von aussen durch die Gehäusewand, sondern durch die hohle Exzenterwelle und den Kolbenläufer durchgeführt. Diese Ausbildungsform ergab aber beträchtliche Schwierigkeiten bei der konstruktiven Ausbildung von Exzenterwelle und Kolben und ebenfalls auch bei der Abdichtung. Bei andern Ausbildungsformen erfolgt der Gaswechsel durch Ein- und Auslassschlitze in den Gehäuseseitenwänden.
Es sind auch andere Bauformen von Rotationskolbenmaschinen mit äusserer Hüllkurve vorgeschlagen worden, jedoch handelt es sich dabei mehr oder weniger nur um die geometrischen Grundformen, die sich aus den verschiedenen Arten von Trochoiden ergeben. Dabei ist auch schon eine Bauform genannt worden, der die einfachste Epitrochoide, nämlich die Epitrochoide l : l (Herzkurve), zugrunde liegt. Es ist bisher aber ausser der rein geometrischen Grundform noch keine in der Praxis brauchbare Brennkraftmaschine bekanntgeworden.
Von diesem Stand der Technik ausgehend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine innenachsige Rotationskolben-Brennkraftmaschine zu schaffen, die als Zweitaktmaschine verwendbar ist und die oben genannten Nachteile bezüglich Brennraum und Gaswechsel nicht aufweist und einen günstigen Wirkungsgrad hat. Die Rotationskolbenmaschine soll vor allem einen raschen Gaswechsel mit vollkommener Spülung aufweisen, wobei keine verbrannten Restgase vorhanden sein sollen. Die Spülkinematik für die Maschine soll nicht nur einen guten Füllungsgrad ergeben, sondern dazu noch möglichst bereits den Verbrennungsvorgang vorbereitend durch gute Verwirbelung unterstützen, um dadurch eine höhere spezifische Leistung zu erzielen.
Bei einer innenachsigen Zweitakt-Rotationskolben-Brennkraftmaschine der Trochoiden-Bauart mitfeststehendem Gehäuse und einem Kolbenläufer in der Form einer Epitrochoide 1 : 1 (Herzkuve) mit zwei Arbeitsräumen, die durch in den achsnahen Zonen radial im Gehäuse verschiebbar angeordnete Radialdichtleisten begrenzt sind und bei denen in dem als Brennraum verwendeten Arbeitsraum der Gaswechsel über in den Gehäuseseitenwänden in Drehrichtung des Kolbenläufers hintereinander angeordnete Auslass- und Einlassschlitze erfolgt, wobei für die Form des Kolbenläufers eine wendepunktfreie Trochoide zugrunde gelegt ist, wird das Ziel erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass sich die äusseren Begrenzungen der Gaswechsel- bzw.
Ein- und Auslassschlitze jeweils im wesentlichen aus zwei Bögen zusammensetzen, die zumindest angenähert mit einem Teil derjenigen Kurvenbögen der wendepunktfreien Trochoide übereinstimmen, die durch die Stellung des Kolbenläufers zum Zeitpunkt des Beginns des Öffnungsvorganges und dem Zeitpunkt des Endes des Schliessvorganges für jeden
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der Gaswechselschlitze bestimmt ist, wobei jeweils ein Bogen im Bereich der Radialdichtleisten und der andere Bogen im Bereich der Motorlängsachse bzw.
der entsprechenden Achse des Steuerdiagrammes ansetzt und beide Bögen vorzugsweise in Form einer Knickstelle ineinander übergehen, und dass bei doppelwirkender Ausbildung der Maschine die zweibogigen Begrenzungen der Ein- und Auslassschlitze ) in jedem der beiden als Brennraum ausgebildeten Arbeitsräume diametral symmetrisch zur Motorlängs- achse bzw.
zur entsprechenden Achse des Steuerdiagrammes angeordnet und bei einfach wirkender Aus- bildung der Maschine mit einem Arbeitsraum als Brennraum und dem andern Arbeitsraum als dazuge- hörige Spülpumpe der in Drehrichtung dem Auslassschlitz nachfolgende Schlitz im Brennraum als Mün- dung des Überströmkanals gleichfalls zweibogig entsprechend dem Einlassschlitz einer doppelwirkenden ) Maschine ausgebildet ist, wobei jedem pro Arbeitsraum vorgesehenen Paar der zweibogig begrenzten
Schlitze eine in an sich bekannter Weise als Vor- bzw. Wälzkammer ausgebildete Brennkammer ge- genüberliegt.
Der grosse Vorteil der zweibogigen Ausführung der Schlitzbegrenzung liegt darin, dass die Zeit- punkte für das Öffnen und Schliessen der Schlitze genau eingehalten werden können. Dabei ist es ohne
Schwierigkeit möglich, jedes beliebige Steuerdiagramm, z. B. auch mit asymmetrischen Steuerzeiten, für die Maschine vorzusehen. Die verbrannten Gase werden restlos aus dem Arbeitsraum und dem als
Vorkammer bzw. Wälzkammer ausgebildeten Brennraum entfernt und durch Frischgase ersetzt. Weil es möglich ist, in echter Differenzsteuerung den Einlassschlitz erst mehr oder weniger lange Zeit nach dem
Auslassschlitz zu schliessen, kann eine Überladung des Arbeitsraumes erreicht werden.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Kolbenläufers in der Form einer wendepunktfreien
Trochoide mit einem Flachpunkt, deren kurvenbeschreibender Punkt des Rollkreises im Abstand der Ex-
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ser Kurzform ist die Pendelbewegung der Radialdichtleisten relativ zur Lauffläche gleichmässig und ausserdem sind auch die Schwankungen der Umfangsgeschwindigkeit, d. h. also der Gleitgeschwindigkeit der Radialdichtleiste auf dem Kolbenläufer, gering. Daraus ergibt sich eine spezifisch geringe Bean- spruchung und gleichmässige Abnutzung der Radialdichtleiste. Ausserdem bietet sich dabei die Möglich- keit, eine geschlossene und leicht herstellbare Seitendichtleiste am Kolbenläufer zu verwenden.
Die
Trochoide mit Flachpunkt bietet weiterhin noch den Vorteil, dass bei ihr von allen wendepunktfreien
Herzkurven gleicher Baugrösse die Exzentrizität am grössten ist, d. h. dass diese Maschine in der Praxis den grössten Kurbelarm aufweist, was sich leistungsgemäss als sehr vorteilhaft erweist.
Vorteilhafterweise sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wenigstens bei den Einlass- schlitzen die Begrenzungsflächen beider Bögen über ihre gesamte Länge mit ihren arbeitsraumseitigen Einmündungen annähernd zur Brennkammer hin gerichtet. Durch diese Ausbildung der Schlitze wird im Zusammenwirken mit der als Verdichtungs- bzw. Brennraum dienenden Aussparung in der Gehäuselaufbahn der Gaswechsel verbessert. Durch die Einströmrichtung des Frischgases und gleichzeitig unterstützt durch die Reibung des Gases an der Oberfläche des rotierenden Kolbenläufers wird eine Wirbelbewegung des Frischgases eingeleitet und im Brennraum fortgesetzt. Diese vorbereitende Verwirbelung begünstigt dann anschliessend den eigentlichen Verbrennungsvorgang.
Die gesamte Spülkinematik kann als Gleich- strom-Dreh-Umkehrspülung bezeichnet werden.
Herzkurvenförmige Kolbenläufer sind zwar, wie eingangs erwähnt, an sich bereits bekannt, doch handelt es sich dabei um eine Pumpe, bei der die oben genannten Probleme bezüglich Brennraum und Gaswechsel überhaupt nicht vorhanden sind und bei der auch keine besonders gut passende Hüllkurve zu Trochoide erforderlich ist. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die Wahl der Herzkurve als Entwurfsgrundlage für die Maschine der grösstmögliche Kurbelradius bei gleicher Baugrösse gegenüber allen andern Trochoiden erreicht wird, u. zw. auch dann, wenn eine etwas kleinere Exzentrizität gewahlt wird, um dadurch eine wendepunktfreie Kurve zu erhalten.
Die Herzkurve ergibt dabei auch im Verhältnis den grössten Arbeitsraum, wobei sich der herzkurvenförmige Kolbenläufer in OT-Stellung ganz dicht an die Hüllkurve anlegt und lediglich der konstruktiv bedingte Abstand der Äquidistanten vorliegt. Die gesamte Gasfüllung wird daher in den eigentlichen Brennraum, d. h. in die Aussparung bzw. Vorkammer in der Gehäuselaufbahn weggequetscht und dort also eine sehr hohe Verdichtung erreicht, die ohne Schwierigkeiten einen Dieselbetrieb ermöglicht. Durch die Ausbildung als Zweitakt-Maschine, bei der die seitlichen Schlitze für den Gaswechsel so günstig angeordnet sind, dass eine erwünschte symmetrische Gassteuerung mit praktisch beliebigen Steuerzeiten für den Gaswechsel möglich ist, erhalt man auch einen grossen Aktivwinkel pro Umdrehung der Exzenterwelle.
Der Brennraum selbst ist nicht zerklüftet, wie bei den bisher bekannten Rotationskolben-Brennkraftmaschinen, und kann in der für den
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Verbrennungsvorgang günstigsten Form gestaltet werden, so dass ohne weiteres eine einwandfreie Verbrennung erzielt wird. Durch die besondere Anordnung und Ausbildung der Steuerschlitze für den Gaswechsel wird eine gute Spülung ohne Gasrest erreicht und es ist sogar eine Überladung möglich.
Wie schon erwähnt, kann die Erfindung für zwei verschiedene Betriebsfälle ausgebildet sein. Im Falle, dass beide Arbeitsräume als Brennräume verwendet werden, entsteht ein doppelwirkender Zweitakt-Motor mit symmetrischem Aufbau. Dieser Motor hat die Arbeitsweise eines Boxermotors. Die beiden einander um 180 gegenüberliegenden Arbeitsräume werden dabei je nach den Erfordernissen jeweils von einer eigenen Spülpumpe oder auch von einer gemeinsamen Spülpumpe versorgt. Im andern Fall wird nur ein Arbeitsraum als Brennraum, der andere Arbeitsraum aber als Spülpumpe für diesen ersten Arbeitsraum verwendet. Hiefür sind Überleitkanäle zwischen den beiden Arbeitsräumen vorgesehen.
Die Überleitkanäle werden in der gleichen Weise vom Kolbenläufer gesteuert und ermöglichen einen entsprechenden Gaswechsel wie bei der oben beschriebenen Art. Es liegt hier eine einfach wirkende Zweitakt-Maschine vor. Diese Ausbildungsform hat den Vorteil, dass der Spülpumpenraum infolge günstiger Anordnung des Einlassschlitzes und der Überströmkanäle ein grösseres wirksames Volumen als der Brennraum aufweist, und dass daher dort ebenfalls eine Überladung des Brennraumes möglich ist. Bei beiden Ausbildungsformen der Erfindung können die Aussparungen in der Gehäuselaufbahn, d. h. die eigentlichen Brennräume, dem gewünschten Verbrennungsvorgang entsprechend geformt sein, z.
B. so, dass schon das einströmende Frischgas oder die Luft dort verwirbelt wird und dann der Kolbenläufer beim Verdichten durch seine rotierende Oberfläche diese Wirbelbildung im Brennraum noch unterstützt, so dass durch tangentiale oder schräge Kraftstoffeinspritzung zu diesem Gaswirbel eine gleichmässige Verbrennung stattfinden kann.
Nachstehend ist der Erfindungsgegenstand an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen
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lne, Fig. 2 eine Anordnung gemäss Fig. l mit dem Gaswechsel, Fig. 2a eine Abwandlung der Ausbildung gemäss Fig. 2 in vereinfachter Darstellung, Fig. 3 einen Querschnitt durch die Fig. l gemäss Linie CC, Fig. 4a einen vereinfachten Querschnitt durch die Fig. 1 gemäss Linie DD mit dem Gaswechsel, Fig. 4b einen vereinfachten Querschnitt durch Fig. l gemäss Linie CC mit dem Gaswechsel, Fig. 5 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine doppelwirkende Rotationskolben-Brennkraftmaschine, Fig. ssa und 6b die Anordnung der Gaseinlass- und Gasauslasskanäle gemäss Fig. 5, Fig.
6c und 6d in vereinfachter Darstellung die Anordnung der Gaseinlass- und Gasauslasskanäle bei symmetrischem Steuerdiagramm, Fig. 6e in vereinfachter Form die Anordnung der Gaseinlass- und Gasauslasskanäle bei asymmetrischem Steuerdiagramm, Fig. 7 einen Querschnitt zu Fig. 5 und Fig. 8 die Kinematik der Trochoide mit Flachpunkt.
Zunächst seien in Fig. 8 die geometrischen Zusammenhänge bei der Erzeugung einer wendepunkt-
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punktes ist in der Fig. 8 mit-Q-bezeichnet. Der Mittelpunkt --Ml-- des Festkreises --31-- ist gleichzeitig auch Mittelpunkt der Trochoide --T--. Lässt man die Trochoide um den Punkt-M-rotieren, wobei-M-im Abstand der Exzentrizität-E-- vom Trochoidenmittelpunkt-Ml--liegt, so beschreibt der Trochoidenmittelpunkt einen nicht eingezeichneten Kreis mit Radius --E--. Dieser Kreis entspricht in der praktischen Verwirklichung dem Kurbelkreis einer Maschine und --E-- entspricht dem Kurbelradius. Die Trochoide selbst dreht sich dabei in einer überlagerten Rotationsbewegung in entgegengesetztem Drehsinn um ihren Mittelpunkt-M-.--G und H-sind die beiden zur Trochoide gehörigen Simultanpunkte.
Sie haben die Eigenschaft, dass sie ortsfest gegenüber dem Mittelpunkt-Mbleiben und beim Rotieren der Trochoide ständig an der Trochoide anliegen. An diesen Stellen-G und H-- können daher in der praktischen Verwirklichung einer Rotationskolbenmaschine die Radialdichtleisten angeordnet werden. Die Verwendung einer wendepunktfreien Trochoide bietet den wichtigen Vorteil, dass die Radialdichtleisten gegenüber den Ausführungen mit wendepunktbehafteten Trochoiden viel
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gleichmässiger abgenutzt werden, weil sie keine ungleichmässigen Doppel-Pendelbewegungen gegenüber der trochoidenförmigen Kolbenläuferoberfläche mehr ausführen.
Der Spezialfall der Trochoide mit Flachpunkt zeichnet sich dabei dadurch aus, dass bei ihm bei gleicher Baugrösse einer Maschine die grösstmögliche Exzentrizität, d. h. der grösste Kurbelradius, gegeben ist, was ja für eine Brennkraftma - i schine von wichtiger Bedeutung ist.
Die Fig. l zeigt ein Ausführungsbeispiel als einfach wirkende schlitzgesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine mit symmetrischem Aufbau. Die Fig. 3 zeigt dazu die Ansicht gemäss der Schnittlinie - CG-in Fig. l. Die Darstellung ist stark vereinfacht, um lediglich die für das Verständnis der Erfindung wichtigen Teile der Anordnung hervorzuheben. Diese Zweitakt-Brennkraftmaschine ist hier als Otto-Motor ausgebildet, wobei in der Fig. 1 links der Verbrennungsraum-V/B-und der rechts liegende Arbeitsraum als Spülpumpe-V/s-ausgebildet ist. Der Trochoidenläufer hat die Form einer wendepunktfreien Epitrochoide l : l, d. h. einer Herzkurve. Der Kolbenläufer ist mit --1-- bezeichnet und hat die durch einen Pfeil-DK-angedeutete Drehrichtung.
Entlang des Kolbenläuferrandes befindet sich in äquidistantem Abstand eine ringförmige geschlossene seitliche Dichtleiste --2--, welche die Abdichtung gegenüber den beiden Seitenwänden --5 und 6-- des Maschinengehäuses durchführt. Ergänzend sei erwähnt, dass hier im Ausführungsbeispiel diejenige wendepunktfreie Trochoide verwendet wird, die die grösste Exzentrizität, also den grössten Kurbelradius, ermöglicht, nämlich eine Trochoide mit Flachpunkt.
Im Gehäuse befinden sich an den Simultanpunkten die Radialdichtleisten --3--, die die beiden Arbeitsräume der Maschine, d. h. den Verbrennungsraum-V/B-und den Spülpumpenraum-V/g-, gegeneinander abtrennen. Die Gehäusewandung wird durch die beiden äusseren Hüllkurvenbögen-4/1 und 4/11-zur Trochoide gebildet. Die beiden Hüllkurvenbögen bilden mit dem Kolbenläufer zwei Arbeitsräume. Im linken Arbeitsraum, d. h. im Verbrennungsraum-V/B--, ist in der Gehäusewand,
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h.penverdichtungsraum-V/D--verdichtet und gelangt dann durch Überleitkanäle zu den Spül- oder Ein- lassschlitzen --15-- in die Seitenwand --5-- des Verbrennungsraumes --V/B--. Der Gasauslassschlitz - befindet sich im Verbrennungsraum auf der gegenüberliegenden Seite --6-- der Gehäusewand.
Die Vorgänge beim Gaswechsel sind im einzelnen an Hand der Fig. 4a und 4b deutlicher dargestellt.
Die Fig. 2 zeigt die Vorgänge beim Gaswechsel in Abhängigkeit von der jeweiligen Winkellage des Kolbenläufers.
In der Fig. 2a sind schematisch die Anordnung undAusbildung der Gaswechselschlitze nochmals herausgezeichnet. Im linken Arbeitsraum, dem Brennraum-V/B-, ist die äussere Begrenzung des Einlassschlitzes --15-- durch die beiden Bogen --15a und 15b-- dargestellt. Entsprechend setzt sich die äussere Begrenzung des Auslassschlitzes --16-- aus den beiden Bogen --16a und 16b-- zusammen. Bei beiden Schlitzen setzt der eine Bogen, nämlich der Bogen --15b bzw. 16b--, im Bereich der Radialdicht- leiste-3-- an, während der zugehörige andere Bogen-15a bzw. 16a-- im Bereich der Motorlängsachse --A-A-- ansetzt. Die beiden Bogenpaare gehen jeweils vorzugsweise in einer Knickstelle ineinander über.
Jeder Bogen ist Teil einer Trochoide, die durch die Stellung des Kolbenläufers zum entsprechenden Zeitpunkt bestimmt ist. In entsprechender Weise wird auch im Spülpumpenraum --V/S-- die äussere Begrenzung des Spülpumpen-Einlassschlitzes --12-- durch zwei Bogen-12a und 12b-- gebildet, wobei auch hier der eine Bogen-12b-im Bereich der Radialdichtleiste --3-- und der andere Bogen --12a-- im Bereich der Motorlängsachse-A-A-ansetzt und beide Bogen vorzugsweise in Form einer Knickstelle ineinander übergehen.
Bei der hier gezeigten Anordnung der Spül-und Abgasschlitze-15 bzw. 16-- ergibt sich eine echte Differenzsteuerung des Gaswechsels. Nach Abbrennen des Gemisches im Verdichtungsraum-Vbewegt sich der Kolbenläufer --1-- von seiner (nicht dargestellten) OT-Stellung in Pfeilrichtung-DK-gemäss Fig. l bzw. 2 über den Aktivwinkel --#a--.
Der Kurbelwellenzapfen --23-- dreht sich dabei entgegengesetzt und sein Mittelpunkt -M1- beschreibt den Kurbelkreis in der in Fig. 2 eingezeichne-
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--DE--'NachKolbenläufers --1-- drehrichtungsabhängig bei der Winkelstellung-Aö-des Exzenterzapfenmittelpunktes --Ml-- zuerst die Auslassschlitze --16--. Dadurch ergibt sich ein praktisch vollständiges Absinken des Verbrennungsgasdruckes, bis nach einer weiteren Drehung von beispielsweise 150 der Kolben-
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läuferrand bei der Stellung --Eö-- des Exzenterzapfenmittelpunktes --M1-- die Spülschlitze --15-- öffnet und die im rechten Arbeitsraum, d.
h. im Spülpumenraum --V/S--, durch den Spülpumpeneinlasskanal --12-- angesaugten, vorgelagerten und in der Spülpumpe vorverdichteten Frischgase strömen vom Verdichtungsraum-V/D-durch das Kolbenfenster --20-, über den Überleitkanal --19--. ein zweites Kolbenfenster-21-- zu den Spülschlitzen --15-. Diese Strömung ist in Fig. 4a durch Pfeile dargestellt. Die Fig. 4a entspricht dabei dem Schnitt --DD-- in Fig.--.
Der eigentliche Spülvorgang sei an Hand der Fig. 4b nochmals hervorgehoben. Durch den Spülschlitz - 15-treten die frischen Gase in den Verbrennungsraum ein. Dadurch, dass Spülschlitz --15-- und Abgasschlitz --16-- nicht einander unmittelbar auf den beiden Seitenwänden-5 bzw. 6-- gegenüberlie- gen, sondern in der Umlaufrichtung des Kolbenläufers aufeinanderfolgen, erfolgt eine einwandfreie Gleichstromspülung, wie durch den Pfeil dargestellt ist. Die Gase legen dabei eine räumliche Bahn zu-
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wegung der frischen Gase wird der Verdichtungsraum-V-, der als Aussparung ausgebildet ist, sehr gut durchströmt, so dass dort die alten Gasreste ausgeräumt werden und eine einwandfreie neue Füllung erzielt wird.
Der Gaswechsel weist also bei der beschriebenen Art und Weise sowohl Eigenarten der Gleichstromspülung als auch der Umkehrspülung auf, so dass er im folgenden als Gleichstrom-Umkehr-
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Wirbelbildung und Spülwirkung. Diese Verwirbelung ist in der Fig. 1 ebenfalls durch Pfeile im Verdichtungsraum-Vc-angedeutet.
Wenn der Kolbenläufer -1-- im Drehsinn des Pfeiles-DK--rotiert, wird die durch den Spülvorgang eingeleitete Gasströmung an der Wand des Verdichtungsraumes-Vc-entlang weitergeführt und der Kolbenläufer schafft nach Schliessen der Auslass- und der Spülschlitze durch Oberflächenreibung eine geschlossene Wirbelströmung des Gases, wobei sich der Wirbel mit weiterschreitender Rotation des Kolbenläufers immer mehr verkleinert und verdichtet und schliesslich auf den Verdichtungsraum-Vc-beschränkt ist. Die eingezeichnete Drehrichtung des Gaswirbels hat an der Wandung des Verdichtungsraumes immer noch die vom Spülvorgang eingeleitete Richtung. Auf der andern Seite, d. h. auf der Seite des Kolbenläufers, ist die Wirbelströmung gleichlaufend mit der rotierenden Kolbenläuferoberfläche.
Es unterstützt also der Kolbenläufer in seiner Bewegungsrichtung durch Oberflächenreibung die Verwirbelung der verdichteten Gase im Verdichtungsraum --VC--. Der Verbrennungsvorgang wird daher beträchtlich verbessert.
Bei der Winkellage --Az-- des Mittelpunktes --M1-- des Exzenterwellenzapfens --23-- schliesst der Kolbenrand den Auslassschlitz -16--, der sich gemäss Fig. 3 und 4b in der Seitenwand --6-- befindet. Die Abgase strömen durch den Schlitz --16-- und das anschliessende Abgasrohr ins Freie. Befindet
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Vergaser kann dann Frischgas in den rechten Arbeitsraum oder Spülpumpenraum-V/S--einströmen.
Bei der gewünschten Winkelstellung --Vz-- schliesst der Spülpumpeneinlassschlitz --12-- wieder.
Die Überströmvorgänge zwischen dem Spülpumpenarbeitsraum --V/S-- und dem Brennraum-V/g- sollen nochmals betrachtet werden. Wie erwähnt, wird das vom Vergaser angesaugte Frischgas im Spülpumpenraum-V/S--verdichtet und schliesslich im Spülpumpenverdichtungsraum-V/D-, der sich an einer Gehäuseseitenwand befindet, zusammengepresst. Die Verbindung zum Brennraum-V/g-wird in der Weise hergestellt, dass zunächst die Spülschlitze --15-- durch den Kolbenläuferrand im Verbren- nungsraum-V/B-- geöffnet werden. Sodann tritt das Kolbenfenster-20-vor den Spülpumpenver- dichtungsraum-V/T)-, so dass die verdichteten Frischgase durch das Kolbenfenster --20-- in den als Überleitkanal dienenden Kolbenhohlraum --19-- eintreten können.
Der Überleitkanal mündet an seinem andern Ende in einem weiteren Kolbenfenster-21-und stellt dort die Verbindung zu den Einlassschlitzen --15-- im Brennraum her. Selbstverständlich ist es auch möglich, dem Kolbenläufer eine andere Gestalt zu geben und an Stelle des Hohlraumes --19-- nur eine Vertiefung in der Seitenwand des Kolbenläufers als Überleitkanal vorzusehen. Es fallen dann die beiden Kolbenfenster --20 und 21-- weg. Die Lage und Ausbildung des seitlichen Überleitkanals kann ähnlich sein wie die aus Fig. 1 ersichtliche Lage des Kolbenhohlraumes-19-. Es ist auch eine Ausbildung möglich, bei der auf beiden Seitenflanken des Kolbenläufers derartige Vertiefungen als Überleitkanäle vorgesehen sind. Schliesslich sei der
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Am Beispiel der Fig. 1 lässt sich noch die Anordnung und Grösse des Spülpumpenverdichtungsraumes --V/D-- und des Kolbenfensters --20-- erkennen. Die Verbindung zum Kolbenhohlraum bzw. Überleitkanal --19-- wird durch das Kolbenfenster-20-kurz vor Erreichen der OT-Stellung des Kolbenläufers im Spülpumpenarbeitsraum-V/S--hergestellt. Diese Verbindung bleibt nur eine bestimmte
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den Verbrennungsraum austreten, wobei durch die Vorverdichtung ohne weiteres ein Überladen des Ver- brennungsraumes infolge der Differenzsteuerung möglich ist, ohne dass ein Rückschlagen durch die offe- nen Einlassschlitze erfolgen kann, wenn der Kolbenläufer bei seiner Rotation den Verdichtungsvorgang ) einleitet.
Ebenso hat man freie Wahl für den Zeitpunkt des Schliessens der Verbindung zwischen Spül-
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und Kolbenfenster-20--.- D--und Kolbenhohlraum-19--etwa gleich lang besteht, wie die Spülschlitze --15- im Ver- brennungsraum --V/B-- geöffnet sind. Durch diese Ausbildung entsteht beim Weiterdrehen des Kolben- ; läufers von der OT-Stellung im Spülpumpenraum-V/S--aus dort ein Unterdruck für das Ansaugen der
Frischgase aus dem Vergaser.
Da aber der Rand des Kolbenfensters-20-rechtzeitig den Spülpumpen- verdichtungsraum --V/D-- vom Überleitkanal --19-- wieder abtrennt, kann sich der Unterdruck im
Kanal --19-- oder gar im Verbrennungsraum-V/B--nicht schädlich auswirken.
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mig und gegebenenfalls durch eine Feder in ihrer Funktion unterstützt, trennen den Exzenterwellenraum gegen den Verbrennungsraum und die Seitenwände-5 und 6-ab.
Um diese Rotationskolbenmaschine statisch und dynamisch vollkommen mit Maschinengenauigkeit
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B.Fig. 3 durch Hohlräume --19-- im Kolben, wobei dann diese Hohlräume gegebenenfalls als Überleit- kanäle für den Gaswechsel verwendbar sind. Dreht der Kolbenläufer --1-- auf dem Exzenterwellenzap- fen --23--, so ist es notwendig, durch entsprechende Gegenmassen auf der Exzenterwelle einen stati- schen und dynamischen Ausgleich anzuordnen. Es ist z. B. in Fig. 1 am Schwungrad --27-- die Gegen- masse --22-- und am vorderen Zahn-und Keilriemenrad-28-ebenfalls eine Gegenmasse--22-an- geordnet.
Beide Gegenmassen sind selbstverständlich in ihrer Summenwirkung so konstruktiv angeordnet, dass sie zur Exzentermasse des Kolbenläufers-l-einen exakten statischen und dynamischen Ausgleich darstellen.
Die notwendige planetenartige Sekundärdrehbewegung des Kolbenläufers --1-- wird durch das aussenverzahnte Zahnrad-8-, welches mit dem Kolbenläufer-l-fest verbunden ist und im innenverzahnten Zahnring --7-- beim Drehen des Exzenterwellenzapfens-23-abrollt, erzwungen.
Der Verbrennungsraum --V/B-- und der Spülpumpenraum --V/S-- sind von einem Kühlwassermantel-13-umgeben. Die Exzenterwelle --9- ist in Lagern im Gehäuse-4-, das gleichzeitig die Seitenwände-5 und 6-- bildet, gelagert. Das Schwungrad --27- und das Keilriemenrad-28-sitzen auf der Exzenterwelle --9-- so, dass die Auswuchtbedingungen erfüllt werden. Die Seitenwand-5enthält auch die Spül- oder Einlassschlitze --15-- und den Spülpumpenverdichtungsraum-V/p-. Der Mittelteil der Brennkraftmaschine, der die Begrenzungswand --4-- darstellt, entspricht in seiner inne- ren Begrenzungsfläche der äusseren Hüllkurve zur gewählten Epitrochoide l : l, d. h. der Herzkurve.
Die Radialdichtleisten --3-- sind in den Simultanpunkten angeordnet. Sie erstrecken sich über die volle Kolbenbreite von der Seitenwand --5-- zur Seitenwand --6-- und bilden gemeinsam mit den der Herzkurvenform angepassten Seitendichtleisten-2--zu beiden Seiten des Kolbenläufers --1-- eine geschlossene Dichtgrenze für die Arbeitsräume --V/B und V/s--.
Die vordere Seitenwand --6-- enthält den Auslassschlitz --16- mit dem daran anschliessenden Abgasrohr und zentrisch symmetrisch dazu den Spülpumpeneinlassschlitz --12-- mit dem Vergaserrohr.
Mit der Seitenwand --6-- ist verdrehungsfest das innenverzahnte Zahnrad -7-- mit seinem Teilkreisradius-2E-- verbunden. Der Teilkreisradius-r- des aussenverzahnten Zahnrades-8-. das fest mit dem Kolbenläuferteil --1-- verbunden ist, entspricht der Exzentrizität-E-. In den Seitenteilen mit den Wänden --5 und 6-- sind noch Kühlwasserkanäle --13-- angedeutet. Das Volumen des Verbrennungsraumes errechnet sich zu
Va = V/B = V/S = 8. E. R. B
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wobei --E-- die Exzentrizität der gewählten Epitrochoide 1 : 1,-R-die Summe der Radien von Grund-und Rollkreis der Epitrochoide und --B-- die Breite des Arbeitsraumes zwischen den Seitenwänden ist. Werden die Grössen in dm eingesetzt, so erhält man das Volumen sofort in dm3 bzw.
Literangabe. Die Leistungsformel dazu lautet :
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wobei --n-- die Umdrehungszahl der Exzenterwelle je Minute uni--puder mittlere Verbrennungsdruck in kp/cm2 ist.
Bei dieser Ausbildungsform als einfach wirkende Rotationskolben-Brennkraftmaschine wird ein ausgezeichneter Gaswechsel erreicht. Es öffnen zunächst die Auslassschlitze -16-- und der Druck der Verbrennungsgase sinkt so stark ab, dass beim nachfolgenden Öffnen der Einlass- und Spülschlitze -15-- ein einwandfreies Ausspülen des Verbrennungsraumes stattfinden kann. Während des Spülvorganges sind Einlass- und Auslassschlitze geöffnet. Dann schliesst zunächst der Auslassschlitz -16-- und zuletzt der Einlassschlitz-15-, wenn sie vom Kolbenläuferrand überdeckt werden. Man erreicht also eine gewünschte asymmetrische Gassteuerung.
Hinzu kommt noch die aus der Fig. 6a ersichtliche Differenzsteuerung mit dem Differenzwinkel-ss-zwischen dem Schliessen der Auslass- und der Einlassschlitze.
Dieser Winkel liegt vorteilhafterweise in der Grössenordnung von etwa 150 und ermöglicht ein Überladen des Verbrennungsraumes-V/B--Die Öffhungs-und Schliessungszeiten können je nach den Erfordernissen der asymmetrischen Steuerung gewählt werden. Dabei sind die äusseren Begrenzungslinien, d. h. die dem Rotationsmittelpunkt abgewendeten Begrenzungslinien der Ein- und Auslassschlitze wenigstens durch zwei Trochoidenbögen bestimmt, nämlich durch die Lage der Trochoide, d. h. des Kolbenläuferrandes, beim Beginn und die Lage der Trochoide beim Ende des Auslassvorganges und entsprechend auch des Einlassvorganges.
Die Spülwirkung und die Tendenz zur Wirbelbildung werden verbessert, wenn we-
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einem schmalen, langgezogenen Schlitz besteht, der ebenfalls aus zwei Trochoidenbögen gebildet sein kann, aber schmaler ist als die Einlass- und Auslassschlitze im Verbrennungsraum. Infolgedessen ist das Anfangsvolumen für den Verdichtungsvorgang im Spülpumpenraum --V/S-- grösser als das Anfangsvolumen im Brennraum-V/B--, wenn bei Beginn des Verdichtungsvorganges die seitlichen Schlitze geschlossen sind. Es kann daher eine genügende Menge Frischgas für den Spül- und Überladevorgang im Spülpumpenverdichtungsraum-V/D-vorverdichtet werden.
Die inneren Begrenzungslinien des Spül- pumpeneinlassschlitzes-12-und auch der Auslassschlitze --16-- können ebenfalls durch einen Trochoidenbogen gebildet werden, u. zw. durch den Trochoidenbogen bei UT-Stellung des Kolbenläufers, oder mit andern Worten durch die innere Hüllkurve. Eine derartige Begrenzung nach dem Rotationsmittelpunkt zu ist bei den Spülschlitzen-15-hier nicht möglich, weil sie den Abstand zwischen Kolben- fenster-21-und Kolbenläuferrand in der betreffenden Stellung überbrücken müssen. Durch diese Schlitzausbildung hat man es in der Hand, die Zeitpunkte für Öffnen und Schliessen der Schlitze ganz nach den Erfordernissen zu wählen.
Ausserdem bringt diese Anordnung der Schlitze einen zeitlich günstigen Öffnungsverlauf der Auslassschlitze --16--, so dass die Neigung der Exzenterwelle zu Eigenschwingungen geringer ist. Abschliessend sei noch erwähnt, dass die hier beschriebene Ausbildungsform der Maschine als einfach wirkende Brennkraftmaschine gleichermassen für das Ansaugen von Frischgas oder von reiner Luft geeignet ist, so dass ausser dem dargestellten Beispiel als Otto-Motor die RotationskolbenBrennkraftmaschine auch für Dieselbetrieb abwandelbar ist, denn, wie oben schon erwähnt, wird die gesamte Füllung für den Brennraum in den kleinen Verdichtungsraum-Vc--weggequetscht, so dass dort die für den Dieselbetrieb erforderliche hohe Verdichtung erreicht wird.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine andere Ausbildungsform der Erfindung, u. zw. eine doppelwirkende schlitzgesteuerte Gleichstrom-Zweitakt-Brennkraftmaschine. Hier wird die Rotationskolben-Brennkraftmaschine als Dieselvariante dargestellt, wobei gemäss Fig. 5 der linke Arbeitsraum die Bezeichnung - Va/I-- und der rechte Arbeitsraum die Bezeichnung --Va/II-- trägt. Selbstverständlich sind beide Arbeitsräume vollständig gleich, da auch diese Maschine einen herzkurvenförmigen Kolbenläufer mit der dazugehörigen zweibogigen äusseren Hüllkurve als Umschliessungskörper verwendet. Auch in diesem Beispiel ist eine Herzkurve mit Flachpunkt gewählt. Diese Brennkraftmaschine benötigt eine Fremdspülpumpe, z.
B. eine abgasgetriebene Gasturbine mit direkt gekuppelter Radialspülpumpe, wie es bei
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und Auslassschlitze-15 bzw. 16-- entsprechen. Teile dieser Trochoidenbogen bilden, wie schon er- wähnt, die äusseren Begrenzungen der Gaswechselschlitze. Der Einfachheit halber sind nur die Ein- und Auslassschlitze-15 bzw. 16-für den linken Arbeitsraum --Va/I-- eingezeichnet. Die Schlitze für den andern Arbeitsraum-Va/II--würden hiezu diametral symmetrisch liegen.
5 Wie oben schon erwähnt, wandert während des Laufes der Maschine der Trochoidenmittelpunkt -Ml-auf einer Kreisbahn in Richtung des Pfeiles-DE-. Er durchläuft dabei auch diejenigen Stel- lungen, die in der Fig.6c mit --Aö, Eö, Az, Ez-- bezeichnet sind. Diese Bezeichnungen-Ag. Eg bzw.
Az, sollen die Stellungen des Trochoidenmittelpunktes-Ml--zu folgenden Steuerzeiten darstellen :
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<tb>
<tb> Aö <SEP> Auslassschlitz <SEP> öffnet
<tb> Az <SEP> = <SEP> Auslassschlitz <SEP> schliesst
<tb> Eö <SEP> = <SEP> Einlass- <SEP> oder <SEP> Spülschlitz <SEP> öffnet
<tb> E <SEP> z <SEP> = <SEP> Einlass- <SEP> oder <SEP> Spülschlitz <SEP> schliesst
<tb>
Ferner ist ein Punkt auf dem Umfang des Kolbenläufers, nämlich hier der Flachpunkt der Trochoide, ebenfalls in den entsprechenden Stellungen-Aö bis Ez-- eingezeichnet. Diesen vier Stellungen ent- sprechen somit vier verschiedene Lagen der Trochoide zu den angegebenen Steuerzeitpunkten. Diese
Trochoiden sind wieder mit den Bezeichnungen-Tbis T4-versehen.
Für ein gewähltes Beispiel der
Steuerzeiten ergibt sich somit folgende Zuordnung :
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<tb>
<tb> Trochoide <SEP> Stellung
<tb> Tl <SEP> Aö <SEP> 450 <SEP> vor <SEP> UT <SEP> Teilbogen <SEP> 16b <SEP> öffnet <SEP> Auslass
<tb> T <SEP> Az <SEP> 300 <SEP> nach <SEP> UT <SEP> Teilbogen <SEP> 16a <SEP> schliesst <SEP> Auslass
<tb> Tg <SEP> Ez <SEP> 450 <SEP> nach <SEP> UT <SEP> Teilbogen <SEP> 15b <SEP> schliesst <SEP> Einlass
<tb> T4 <SEP> Eö <SEP> 30 <SEP> vor <SEP> UT <SEP> Teilbogen <SEP> 15a <SEP> öffnet <SEP> Einlass
<tb>
Die angegebenen Steuerzeiten sind frei gewählt. Es sind selbstverständlich auch andere Steuerzeiten ohne weiteres möglich.
In der Fig. 6d sind für symmetrische Steuerzeiten vereinfacht die Ein- und Auslassschlitze --15 bzw. 16-für beide Arbeitsräume --Va/I und Va/II-- eingezeichnet. Ihre Begrenzungen setzen sich jeweils aus zwei Bogen zusammen, nämlich den Bogen-15a und 15b bzw. 16a und 16b-. Als punktierte Kurven sind jeweils Stücke über die Knickstelle hinausgehend, die der Begrenzung zugrunde liegenden Trochoiden angedeutet. Die Trochoidenbogen sind entsprechend der Fig. 6c mit-T bis T4-bezeichnet. Die Motorlängsachse --A-A-- entspricht hier der Symmetrieachse des Steuerdiagramms.
Die Fig. 6e unterscheidet sich von der Fig. 6d lediglich dadurch, dass hier ein unsymmetrisches Steuerdiagramm angenommen ist. Als Steuerzeiten sind frei gewählt :
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<tb>
<tb> Aö <SEP> Auslassschlitz <SEP> öffnet <SEP> 45 <SEP> vor <SEP> UT
<tb> Az <SEP> Auslassschlitz <SEP> schliesst <SEP> 250 <SEP> nach <SEP> UT
<tb> Eö <SEP> Einlassschlitz <SEP> öffnet <SEP> 300 <SEP> vor <SEP> UT
<tb> Ez <SEP> Einlassschlitz <SEP> schliesst <SEP> 520 <SEP> nach <SEP> UT
<tb>
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stelle.
Der Gaswechsel ist hier ebenso ideal wie bei der oben beschriebenen Variante der einfach wirken- den Zweitakt-Maschine. Befindet sich gemäss Fig. 6b der Mittelpunkt-M-des Exzenterwellenzapfens - in der Winkellage--Aö-, z. B. 450 vor UT-Lage bezüglich des Arbeitsraumes-V-, so öffnen die Auslassschlitze --16--. Der Druck der Verbrennungsgase sinkt jetzt so stark ab, dass beim nachfolgenden Öffnen der Spülschlitze oder Einlassschlitze --15-- ein gründliches Ausspülen des Verbrennungsraumes stattfinden kann. Sodann öffnen in der Winkellage --Eö-- 30 vor --UT-- die Einlassoder Spülschlitze-15-. Der Spülvorgang setzt jetzt ein und dauert so lange, bis bei --Az-- 300 nach
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--UT-- die Auslassschlitze --16-- wieder schliessen.
Da die Einlassschlitze --15 bis Ez-- bei 45 nach - offen bleiben, kann während dieser Zeit überladen werden. Man kann daher im Verbrennungs- raum mit einem Anfangsdruck über dem Atmosphärendruck rechnen. Es ergeben sich ideale Gaswechsel- zeiten und ideale Wirbelbewegungen der Verbrennungsluft, wobei der Spülvorgang die Wirbelbewegung i im Verbrennungsraum unterstützt und der Kolbenläufer durch Oberflächenreibung vervollständigt. Da- durch bedingt ergeben sich ideale und geometrisch streng kontrollierte Wirbelbewegungen auch in den beiden Verdichtungsräumen-Vc/r und V yrr-und infolgedessen ausgezeichnete Verbrennungsvorgän- ge.
Die Fig. 7 zeigt einen Querschnitt dieser Maschine nach Schnittlinie-A-A-in Fig. 5. Es ist hier die einfache Zahnradanordnung erkennbar, d. h. das aussenverzahnte Zahnrad 8ist fest mit dem
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Selbstverständlich ergeben sich ähnlich wie bei Zweitakt-Hubkolbenboxermotoren zwei symme- trisch gegenüberliegende Aktivwinkelzonen-a-, hier von jeweils 1350, wie aus der Fig. 6b ersichtlich ist. Diese beiden Aktivwinkelzonen ergeben zusammen einen doppelt so grossen Aktivwinkel wie bei der oben beschriebenen Variante der einfach wirkenden Maschine. Dies bedeutet, dass der herzkurvenförmige Kolbenläufer bei einer vollen Umdrehung der Exzenterwelle über den Winkel von 2700 vom
Druck der Verbrennungsgase aktiv weiterbewegt wird, wobei je Exzenterwellenumdrehung zwei Arbeitsspiele der Zweitakt-Rotationskolben-Brennkraftmaschine erfolgen.
Zu betonen ist, dass bei diesem symmetrischen Boxer-Rotationskolbenmotor beide Seitenbegren- zungsflächen-5 und 6-Einlass-bzw. Auslassschlitze-15 bzw. 16-tragen können, so dass sich wie oben erwähnt durch entsprechend schräggerichtete Einlassschlitze die Spülluft bzw. das Frischgasgemisch im Verbrennungsraum-Va/j und Va/II--so verteilen, dass der sogenannte Gasrest nach jedem Arbeitsspiel praktisch Null ist. Die beim Spülvorgang entstehenden Gasströmungen im Verbrennungsraum -Va/1- und im hier zylindrischen Verdichtungsraum-V/I--sind in Fig. 5 durch Pfeile angedeutet.
Den Einfluss der paarweisen Anordnung der Einlass- bzw. der Auslassschlitze --15 und 16-auf den beiden Seitenwänden-5 und 6-- erkennt man aus den Pfeilen der Fig. 7. Es entsteht eine räumliche Gasströmung, da in Fig. 7 im Verbrennungsraum --Va/I-- die Einlassschlitze --15-- oberhalb der Zeichenebene zu denken sind und die Auslassschlitze --16--. wie gestrichelt eingezeichnet, hinter der Zeichenebene liegen. Durch das Aufeinandertreffen der schräg von beiden Seiten her einströmenden Luft wird im Verdichtungsraum --Vc-- die Bildung eines walzenförmigen Wirbels eingeleitet und die Spülung in Richtung der Pfeile zu den Auslasskanälen --16-- fortgesetzt.
Die oberhalb der Zeichenebene liegende, von den Einlassschlitzen ausgehende und in der Mitte aufeinandertreffende Anfangsströmung der einströmenden Luft ist in Fig. 7 nicht dargestellt. Gegebenenfalls kann die Einlassrichtung auf den beiden Seitenwänden verschieden stark schräg gewählt werden, so dass die beiden Teilströme in eine den Spülund Verwirbelungsvorgang begünstigende spiralförmige Rotationsbewegung versetzt werden.
Das hier beschriebene Triebwerk macht je einer Umdrehung der Exzenterwelle und je Arbeitsraum ein Arbeitsspiel, so dass der Gesamtarbeitsraum je einer Exzenterwellenumdrehung
VA = 2. Va beträgt. Die Arbeitsraumformel lautet :
VA = 16. E. R. B
Hiebei ist --E-- die Exzentrizität der gewählten Epitrochoide 1 : 1 (Herzkurve). --R-- die Summe der Radien von Fest- und Rollkreis der Epitrochoide und-B-die Breite des Arbeitsraumes. Die Leistung wird nach der allgemeinen Zweitakt-Leistungsformel ermittelt;
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wobei --n-- die Umdrehungszahl der Exzenterwelle je Minute und-pg-der mittlere Verbrennungsdruck in kp/cm2 ist.
Die mittlere Umfangsgeschwindigkeit des Kolbenläufers bezüglich der Radialdichtleisten in den Simultanpunkten beträgt
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An sich können Maschinen der oben beschriebenen einfach wirkenden Bauweise durchaus mit einem
Kolbenläufer verwendet werden. Für bestimmte Anwendungszwecke jedoch ist es ohne weiteres mög- lich, zwei derartige aus Brennraum und Spülpumpenraum bestehende Systeme spiegelbildlich auf gei meinsamer Achse anzuordnen. Selbstverständlich ist es auch möglich, noch weitere Kolbenläufer sinn- gemäss symmetrisch auf gemeinsamer Achse anzuordnen, so dass vor allen Dingen die Auswuchtbedin- gungen erfüllt sind.
Eine solche Anordnung ergibt naturgemäss eine Vergrösserung des Aktivwinkels -ga-- und dadurch wird eine gleichmässige Drehmomentenabgabe und ruhiger Lauf gewährleistet. Ent- sprechendes gilt auch für die oben beschriebene doppeltwirkende Maschine.
Zusammenfassend seien nochmals einige wesentliche durch die Erfindung erzielte Fortschritte ge- genüber dem bisher bekannten Stand der Technik aufgezählt. Die Erfindung zeigt erstmalig eine Zwei- takt-Rotationskolben-Brennkraftmaschine, die wegen der hohen Verdichtung als Hochleistungsmaschine ausgebildet werden kann und sich darüber hinaus auch für Dieselbetrieb eignet, während bei den bisher bekannten Ausbildungen eine Verdieselung stets gescheitert ist. Dabei hat diese Maschine den optimal erreichbaren Kurbelradius, bei dem eine hohe Drehmomentenabgabe auch bei geringen Drehzahlen möglich ist. Diese Maschine eignet sich daher als Langsamläufer genauso gut wie als Schnelläufer.
Durch das ausserordentlich günstige Zusammenspiel der Einlassschlitzanordnung und der Verdichtungs- räume im Umschliessungskörper wird eine innige Verwirbelung des verdichteten Mediums und ein sehr günstiger Verbrennungsablauf erreicht. Die Abbrenngeschwindigkeit sowohl bei der Otto- als auch bei der Dieselvariante wird ganz wesentlich in positivem Sinne beeinflusst, so dass sich höchste Drehzahlen bei günstigsten Abbrennverhältnissen erreichen lassen. Damit verbunden ist ein sehr niedriger Brennstoff- verbrauch über den gesamten Drehzahlbereich garantiert. Die Steuerzeiten sind je nach den Erfordernis- sen wählbar und es ist jegliche gewünschte asymmetrische Gassteuerung und Differenzsteuerung zu ver- wirklichen.
Durch die besonders günstige Form der als Aussparung im Umschliessungskörper angeordne- ten Verdichtungsräume, in denen der Verbrennungsvorgang einsetzt, bleibt beim Spülvorgang kein Gas- rest übrig, der den Wirkungsgrad der Maschine herabsetzt. Die Kolbenläufer selbst können unter Um- ständen als Schwungmassen gross genug und in sich ausgewuchtet sein, so dass sie die gasdruckfreien Zo- nen überbrücken können.
Die Ausbildung als einfach wirkende Maschine, bei der der eine Arbeitsraum als Brennkammer und der andere Arbeitsraum als Spülpumpe dient, stellt eine besonders glückliche Lö- sung dar, da hier durch einen Kolbenläufer nicht nur eine Drehmomentabgabe, sondern auch eine Vor- verdichtung der Spülluft oder des Frischgasgemisches in einem solchen hohen Grade erreicht wird, wie es bei Rotationskolbenmaschinen bisher noch nicht und bei Hubkolben-Zweitaktmaschinen bei weitem nicht in diesem Ausmass erreicht wird.
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