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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für Rotationskolben-Brennkraftmaschinen
mit in der Draufsicht im wesentlichen rechteckigen Kolbenmulden, deren Tiefe von
der einen Kolbenecke aus bis zu einem bestimmten Bereich stetig zunimmt und anschließend
gleiche Tiefe aufweist.
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Kolbenmulden in den Flanken von Kolben für Rotationskolben-Brennkraftmaschinen,
insbesondere für solche in Trochoidenbauart, haben hauptsächlich die Aufgabe, während
des Ansaugtaktes dazu beizutragen, in der angesaugten Verbrennungsluft bzw. in dem
angesaugten Brennstoff-Luft-Gemisch im Interesse einer guten Gemischaufbereitung
Wirbel zu erzeugen, am Ende des Verdichtungstaktes die durch die achsnahe Zone des
Mantels voneinander getrennten Teile des Verdichtungsraumes miteinander zu verbinden
und in der kleinen Zeitspanne des höchsten Druckes im Interesse geringen Brennstoffverbrauches
und hoher Leistungsausbeute eine möglichst vollkommene Verbrennung zu gewährleisten.
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Es ist eine Kolbenmulde bekannt, die einen Teil dieser Forderungen
erfüllt. Diese Kolbenmulde weist eine in der Draufsicht im wesentlichen rechteckige
Form auf. Ihre Tiefe ist im mittleren Bereich gleichbleibend, während sie zu den
Kolbenecken hin in etwa stetig abnimmt, bis der Muldenboden die Kolbenflanke erreicht.
Mit der bekannten Kolbenmulde ist es nicht gelungen, auch die Forderung nach einer
vollkommenen Verbrennung zu erfüllen, bei der wesentlich ist, daß die Zündflamme
schnell und verlustlos mit allen im Verbrennungsraum vorhandenen Gasen in Verbindung
gebracht wird und daß der Boden der Kolbenmulde zum Zeitpunkt der Zündung möglichst
weit von der Zündkerze entfernt ist.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine allen Anforderungen
mit gutem Wirkungsgrad entsprechende Kolbenmulde zu schaffen. Diese Aufgabe wird,
ausgehend von der bekannten Kolbenmulde, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei
jeder Kolbenmulde der Querschnitt in dem einen stetig tiefer werdenden Teil der
Kolbenmulde dreieckförmig nach Art eines auf die Spitze gestellten gleichschenkeligen
Dreiecks und der Querschnitt in dem gleichbleibende Tiefe aufweisenden Teil trapezförmig
mit stetig zunehmender Länge der Grundseite des Trapezes ausgebildet ist.
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Mit einer derartigen Kolbenmulde in der Kolbenflanke wird während
des Ansaugtaktes das durch den Einlaß in die Arbeitskammer einströmende Gas am vorlaufenden
Ende der Kolbenmulde nach außen abgelenkt, so daß es die Mantelfläche berührt. Da
die Mantelfläche relativ zum Kolben eine entgegengesetzt gerichtete Umlaufgeschwindigkeit
aufweist, entsteht ein kräftiger Wirbel um eine zur Mittellängsachse des Kolbens
parallele Achse. Nach dem Schließen des Einlasses befindet sich über dem vorlaufenden
Ende der Kolbenmulde ein Gasstrom höherer Geschwindigkeit, der entgegen der Umlaufrichtung
des Kolbens läuft. Da die Zündkerze in der Regel vor der achsnahen Zone angeordnet
ist, erfolgt die Zündung über dem Teil der Kolbemnulde, der im Querschnitt dreieckförmig
ausgebildet ist. Der Abstand des Bodens der Kolbenmulde ist verhältnismäßig groß,
trotzdem sind wegen der kleinen Querschnittsflächen große Gasgeschwindigkeiten vorhanden,
welche die Zündflamme in den Teil der Kolbenmulde tragen, der im Querschnitt trapezförmig
ausgebildet ist. Unverbranntes Gas wird vom nacheilenden Teil der Kolbenflanke schnell
und verlustlos zur Flamme befördert, da keine scharfen Kanten an der Kolbenmulde
vorhanden sind, welche die Gasgeschwindigkeit beeinträchtigen könnten. Um diese
Drosselverluste durch hohe Gasgeschwindigkeit klein zu halten, werden die Geschwindigkeitsspitzen
durch die besondere Formgebung der Kolbenmulde bewußt auf den Bereich beschränkt,
in dem sie gebraucht werden.
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Wie Versuche mit einer erfindungsgemäßen Kolbenmulde gezeigt haben,
stellen sich die erwarteten Vorteile während des Ansaugens. der Verdichtung und
der Verbrennung ein. Und zwar dann, wenn der im Querschnitt trapezförmige Teil der
Kolbenmulde mit Bezug auf die Umlaufrichtung des Kolbens der voreilende Teil der
Kolbenmulde ist, aber auch dann, wenn eine umgekehrte Lage gewählt wird. Im zuletzt
genannten Fall befindet sich die Zündkerze zum Zündzeitpunkt über dem Teil der Kolbenmulde,
der trapezförinigen Querschnitt aufweist. Hier herrschen so niedrige Gasgeschwindigkeiten,
daß die Zündflamme entgegen der Umlaufrichtung des Kolbens laufen kann, so daß ebenfalls
eine schnelle und vollkommene Verbrennung bei niedrigem Verbrauch und hoher Leistung
bewirkt wird.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine
Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit teilweise aufgeschnittenem Kolben, F i
g. 2 eine Draufsicht auf die Kolbenflanke, F i g. 3 einen Schnitt
durch die Kolbenflanke nach der Linie III-III aus F i g. 1 und F i
g. 4 einen Schnitt durch die Kolbenflanke nach der Linie IV-IV aus F i
g. 1.
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In F i g. 1 ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine in
Trochoidenbauart dargestellt, bei welcher der Gehäusemantel 1 mit einer zweibogigen
inneren Mantelfläche 2 versehen ist. In dem von dem Ge# häusemantel 1 und
von zwei Seitenteilen gebildeten Gehäuse der Brennkraftmaschine ist auf dem Exzenter
3 der Exzenterwelle 4 der dreieckige Kolben 5 gelagert, der durch
ein Getriebe gesteuert relativ zur Exzenterwelle und zum Gehäuse in Pfeilrichtung
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umläuft, dabei mit den an seinen Ecken angeordneten Radialrichtungen
7 an der Mantelfläche 2 gleitet und den im Bereich der achsnahen Zone
8 angeordneten Einlaßlanal 9 und Auslaßkanal 10 steuert. Gegenüber
der achsnahen Zone 8 befindet sich die achsnahe Zone 11. vor der die
Zündkerze 12 angeordnet ist. In den Flanken 13 des Kolbens 5 sind
Kolbenmulden 14 angeordnet.
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Wie aus dem geschnittenen Teil des Kolbens 5 in Verbindung
mit den F i g. 2, 3 und 4 näher hervorgeht, ist die Kolbenmulde 14
in der Kolbenflanke 13
des Kolbens 5 - in Draufsicht auf die Kolbenflanke
gesehen - in Längsrichtung der Kolbenflanke liegend im wesentlichen rechteckig
ausgebildet. Ihre Tiefe nimmt von der in der Nähe der nachlaufenden Kolbenecke
15 gelegenen Seite aus etwa bis zur halben Länge der Kolbenflanke stetig
zu, dann bleibt die Tiefe gleich groß bis die Kolbenmulde im Bereich der vorlaufenden
Kolbenecke 16 mit einer Rundung abschließt. In dem Teil 17 mit stetig
zunehmender Tiefe ist die Kolbenmulde im Querschnitt dreieckförmig nach Art eines
auf die Spitze gestellten gleichschenkeligen Dreiecks ausgebildet. Im daran anschließenden
Teil 18 ist der Querschnitt trapezfönnig
mit stetig zunehmender
Länge der Grundseite des Trapezes gestaltet.
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Werden im Kolben die Kolbenmulden 14 so angeordnet, daß gemäß F i
g. 1 mit Bezug auf die Umlaufrichtung des Kolbens der Kolbenmuldenteil
18 im vorlaufenden Teil der Kolbenflanke 13 liegt und der Abstand
der Kolbenmulde 14 zur vorlaufenden Kolbenecke 16 größer ist als zur nachlaufenden
Kolbenecke 15, dann erfolgt die Zündung durch die Zündkerze je nach
der Drehzahl der Maschine mehr oder weniger früh vor dem oberen Totpunkt zu einem
Zeitpunkt, in dem die betreffende Kolbenflanke des Kolbens sich etwa mit dem Kolbenmuldenteil
17 unter der Zündkerze befindet. Zum Zeitpunkt der Zündung und des Druckanstiegs
im Verbrennungsraum herrscht, wie sich aus Versuchen ergeben hat, bei der erfindungsgemäßen
Ausbildung der Kolbenmulde unter der Zündstelle eine hohe Gasgeschwindigkeit in
Richtung zur vorlaufenden Kolbenecke. Von der nachlaufenden Kolbenecke aus wird
unverbranntes Gas verlustlos und schnell zur Zündflamme befördert, die aus dem Kolbenmuldenteil
18 getragen wird.
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Wird die Kolbenmulde im Gegensatz zu der Anordnung nach F i
g. 1 so in der Kolbenflanke angeordnet, daß der Kolbenmuldenteil
17 im vorlaufenden Teil der Kolbenflanke 13 liegt, dann befindet sich
zum Zeitpunkt der Zündung der Kolbenmuldenteil 18
unter der Zündkerze. Die
Gasgeschwindigkeiten sind hier so niedrig, daß die Zündflamme, die eine weitaus
höhere Brenngeschwindigkeit aufweist, entgegen der Umlaufrichtung des Kolbens wandern
kann, so daß eine schnelle und vollkommene Verbrennung erzielt wird und sich geringer
Verbrauch und hohe Leistung einstellt.