Innenachsige Rotationskolbenmaschine mit trochoidenförmigem Kolbenläufer Die Erfindung befasst sich mit innenachsigen Rota tions'kolbenmaschinen, und zwar mit Rotationskolben- brennkraftmaschinen. Derartige Maschinen bestehen be kanntlich im Prinzip aus einem Gehäuse oder Umschlie- ssungskörper und einem darin angeordneten Kolbenläu fer. Dabei. sind die Achsen des Umschliessungskörpers und des Kolbenläufers parallel zueinander, jedoch in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet.
Alle echten innenachsigen Rotationskolbenmaschinen gehen in ihrer Entwurfsgrundlage von einer Trochoide aus und benötigen dazu noch die zugehörige äussere oder innere Hüllkurve. Aus diesem Grunde lassen sich alle Rota tionskolbenmaschinen in ein mathematisch-geometri- sches Ordnungssystem einordnen, und zwar in eine erste Gruppe, bei der die Trochoide den Umschliessungskörper 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 hierzu die äussere Hüll kurve darstellt. Innerhalb dieser beiden Gruppen kann man dann wieder nach der Art der Trochoide, das heisst nach Epitrochoide und Hypotrocholde unterscheiden und dabei jeweils weiter unterteilen nach dem Verhält nis der Radien der die Trocho@ide erzeugenden Roll- und Festkreise. Da nur die einfachgeschlossenen Trochoiden- bahnen für die praktische Verwertung in Frage kommen, so sind das z. B. die Epitrochoide E/1 : 1 bis E/3 : 1 usw.
Der Ausdruck E/1 : 1 besagt dabei, dass es sich um eine Epitrochoide handelt mit dem Verhältnis 1 : 1 zwischen dem Radius des Festkreises und dem Radius des auf dem Umfang des Festkreises aussen abrollenden Roll- kreises. Eine Epitroch.oide mit diesem Verhältnis ist eine Herzkurve oder Kardioide. Die Epitrochoide E/2 :
1, bei der also der Festkreis den doppelten Radius des Rollkreises hat, ist eine Nierenkurve oder Nep'h roide. Die Verhältniszahlen gelten entsprechend auch für die Radien von Fest- und Rollkreisen bei den Hypotrocho- iden, z. B. Hy/2 : 1 usw.
Alle bisher gebauten echten Rotationskolbenmaschi- nen, das heisst solche Maschinen mit exakten Trochoiden als Entwurfsgrundlage beruhen in ihrem geometrischen Grundsystem auf der doppelten Erzeugungsmöglichkeit der Epi- und Hypotroch.oiden gemäss der Dissertations arbeit von Gustav Bellermann an der Universität Jena im Jahre 1867 und dem USA-Patent Nr.
731 283 von John Francis Cooley im Jahre 1903, in welchem alle einfachgeschlossenen Epitrachoiden E/1 : 1 bis<B>E/3:</B> 1 und auch die Hypotrochoiden von Hy/2 : 1 bis Hy/4 : 1 und deren gesamte Hüllkurven, also die innere und äussere Hüllkurve, geoffenbart sind.
Ebenso wird in die sem Patent das dabei bestehende Drehzahlverhältnis zwi schen der Hüllkurve und der Trochoide aufgezeigt, die Simultanpunkte und ihre Verbindung zum Hüllkurven- mittelpunkt angeführt und als Besonderheit die Bedeu tung der Exzentrizität auf den Kurvenverlauf hervor gehoben. Es zeigt dieses USA-Patent mehrere Beispiele für eine Herzkurve und unter anderem auch eines, bei dem die Exzentrizität so gewählt ist, dass die Herzkurve wend'epunktfrei ist. Es bestehen bei der Herzkurve zwei Simultanpunkte.
Den Einfluss der verschiedenen Exzentri zität zeigt dieses USA-Patent auch bei einer Nephroide oder Nierenkurve. Bei dieser Kurve bestehen drei Simultanpunkte.
Die obengenannte Möglichkeit der zwei Erzeugungs arten von Trochoidenkurven ist in Fig. 1 dargestellt. Die erste Art benutzt den Festkreis 31 und den darauf ab rollenden Rollkreis 32, wobei beide den gleichen Radius r.> aufweisen. Es entsteht daher eine Epitrochoide E/1 : 1 oder Herzkurve. Der erzeugende Punkt P, der als End punkt des vom Mittelpunkt des Rollkreises 32 ausgehen den Pfleiles aufgefasst werden kann, hat einen Abstand r, vom Rollkreismittelpunkt. Dieser Abstand wird auch als Exzentrizität E bezeichnet.
Bei der zweiten Erzeu gungsart wird ein fester Grundkreis 8 mit dem Radius der gewünschten Exzentrizität E und ein diesen um schliessender Rollkreis 7 mit dem Radius der doppelten Exzentrizität, also 2r1, verwendet. Diese beiden Kreise sind gestrichelt eingezeich:n@et. Als erzeugender Punkt ist auf dem Rollkreis 7 der Punkt Q angenommen und durch den Endpunkt des Pfeiles dargestellt. Diese zweite Erzeugungsart bietet den Vorteil, dass sich die beiden Kreise 8 und 7 verhältnismässig leicht durch ein aussen verzahntes und ein dieses umschliessendes innenverzahn tes Zahnrad darstellen lassen.
Der Einfachheit halber sind diese beiden Zahnräder mit den gleichen Bezugs zeichen 8 bzw. 7 bezeichnet. Durch diese beiden Zahn räder ist der gewünschte Bewegungsablauf leicht zu ver wirklichen, und diese Anordnung wird daher dazu ver wendet, die Planetenbewegung des Kolbenläufers auf seiner Exzenterwelle zu erzwingen. In Fig. 1 sind die Trochoide mit T und die beiden zugehörigen Simultan punkte mit G und H bezeichnet.
Fig. 2 zeigt eine wendepunktfreie Herzkurve T mit der äusseren Hüllkurve H,1 und Fig. 3 die gleiche Herz kurve T mit ihrer inneren Hüll.kurve Hi. Zur Erzeugung der Hüllkurve rollt der kleine, der Trochoide zugeord nete und mit ihr fest verbundene Kreis 8 im umschlie- ssenden, fest mit dem Gehäuse oder einem ähnlichen Bauteil verbundenen Kreis 7 ab.
Der Mittelpunkt Ml des kleinen Kreises 8 beschreibt dabei seinerseits eben falls einen gestrichelt eingezeichneten Kreis 14 um den geometrischen Mittelpunkt M2 der Hüllkurve H," und bewegt sich dabei in der angegebenen Pfeilrichtung, wenn die Trochoid'e T sich, wie ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet ist, in entgegengesetzter Richtung dreht. Die Umlaufbahn des Mittelpunktes Ml auf dem gestrichelt eingezeichneten Kreis 14 entspricht dabei dem Kurbel kreis einer Rotationskolbenmaschine mit der Exzentri zität E, wie seitlich neben der Figur angedeutet ist.
Bei der inneren Hüllkurve Hi der Fig. 3 ist zusätzlich noch der Fall angedeutet, dass die Trochoide T festgehalten wird und die innere Hüllkurve Hi in ihr rotiert. Bei die sem Vorgang aber ist der Mittelpunkt des Kurbelkreises nach M, verlegt, wie rechts aussen gestrichelt angedeutet ist. Der Kurbelradius bzw. die Exzentrizität E bleibt in beiden Fällen, das heisst rotierende Trochoide oder rotie rende Hüllkurve, derselbe, lediglich das Zentrum der Kurbelbewegung wird dabei verlagert.
G und H sind Simultanpunkte der Trochoide, sie liegen beim Rotieren der Trochoide stets an der Trochoide an.
Die Rotationskolbenmaschinen als Pumpen können hier unberücksichtigt bleiben, sondern nur die Brenn- kraftmaschinen in die Betrachtungen eingeschlossen werden. Die bisher bekanntgewordenen Rotationskol- ben-Brennkraftmaschinen arbeiten sämtliche nach dem Viertakt Prinzip. Die meisten Versuche erfolgten mit Trochoiden als Gehäusewandung und mit d Dazugehöriger innerer Hüllkurve als Kolbenläufer.
Meistens wurden mehrbogige Trochoiden als Entwurfsgrundlage verwen det. Aber dabei ergibt sich der Nachteil, dass mit jedem weiteren Bogen die Exzentrizität, das heisst der Kurbel radius der Maschine, immer kleiner wird. Im wesent lichen beschränkt man sich daher auf eine zweibogige Epitrochoide (Nierenkurve) als Gehäuse mit einer drei eckigen inneren Hüllkurve als Kolbenläufer. Bei dieser Ausbildungsform müssen die Dichtleisten an der rotie renden inneren Hüllkurve angeordnet sein:.
Sie sind des halb 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. Ausser dem vollführen sie eine beträchtliche und vor allen Din gen eine ungleichförmige mehrfache Pendelbewegung relativ zu ihrer Lauffläche an der Aussenwand. Eine starke ungleichförmige Abnutzung ist die Folge.
Dazu kommt noch, d-ass diese Kopfdichtleisten auch den Schwingungen der Exzenterwelle und des Kolbenläufers unterworfen sind. Infolgedessen entstehen Relativbewe gungen der Dichtleisten in ihrem Bett, wobei es zu einem Verkanten und Verklemmen der Dichtleisten kommen kann.
Die Kopfdichtleisten schlagen daher mit der Fre quenz der genannten Eigenschwingungen der Exzenter welle gegen die Trochoidenwand, wobei die Schwin- ebene sich mit der Kolbenläuferbewegung dreht.
Da durch werden nicht nur Beschädigungen der Dichtleisten selbst verursacht, sondern es werden auch mit der Fre quenz der Eigenschwingungen die sogenannten Ratter- marken 'hervorgerufen, die in kurzer Zeit die Maschine urbrauchbar machen können und daher sehr gefürchtet sind. Kopfdichtleiste und ihre Lauffläche, das heisst die trochoidenförmige Stirnwand des Umschliessungskör- pers, müssen daher verhältnismässig häufig ausgewechselt werden.
Dabei ist nicht nur .die Tatsache der Beschädi gung der Teile sehr störend, sondern erschwerend kommt noch der Umstand hinzu, dass selbst das blosse Auswech seln der Dichtleisten Schwierigkeiten mit sich bringt, da hierzu der Kolbenläufer völlig ausgebaut und die Ma schine ause.inandergenommen werden muss.
Ein weiterer Nachteil dieser Maschinenbauart liegt in der Ausbildung des Brennraumes. Vor allem beim Dreieckläufer erhält man einen sehr ungünstigem Brenn- raum, der in zwei Teilräume aufgeteilt ist. Der Kolben läufer muss daher eine Einbuchtung aufweisen, damit überhaupt die beiden Teilräume zwischen Kolbenläufer und Trochoi,denwand des Gehäuses beim Verbrennungs vorgang miteinander in Verbindung stehen. Der Ver brennungsvorgang erfolgt daher gehemmt.
Erste und höchste Forderung bei einer Brennkraftmaschine muss aber eine möglichst gute Verbrennung sein und damit eng zusammenhängend selbstverständlich auch. ein ein wandfreier Gaswechsel. Auch letzterer bringt bei den bekannten Ausbildungsformen von Rotationskdlben- Brenn'kraftmaschinen Schwierigkeiten mit sich. Bei den genannten Rotationskolbenmaschinen mit innerer Hüll kurve als Kolbenläufer liegen die Gasauslasskanäle in der Trochoidenwand, also in -der Lauffläche der Kopf dichtleisten.
Es werden daher nicht nur die Kopfdicht leisten beim Darübergleiten übermässig beansprucht, sondern es tritt bei Freigabe des Gasauslasskanals eine schlagartige Entspannung ein, wodurch nicht nur ausser ordentlich starke Auspuffgeräusche entstehen, sondern auch die oben sch;oii erwähnten schädlichen Schwingun gen des Kolbenläufers und der Exzenterwelle hervor gerufen werden. Auch beim Einlassvorgang für das Frischgas treten ähnliche Schwierigkeiten auf. Zumin dest bleibt im Brennraum ein nicht unerheblicher Gas rest der verbrannten Gase zurück, der den Wirkungsgrad der Maschine verschlechtert.
Vor allem aber hat sich bei den bisherigen Rotationskolben-Brennkraftmaschinen eine Ausbildung als Dieselmaschine als nicht durchführ bar erwiesen, da die erforderliche hohe Verdichtung sich nicht erreichen liess und ausserdem, wie oben schon erwähnt, der Verbrennungsraum zerklüftet ist.
Die bekannte Ausbildung von Rotationskolben maschinen der anderen Gruppe, also solche Maschinen mit äusserer Hüllkurve als Gehäuse und trochoid'enför- migem Kolbenläufer, weisen zwar die obengenannten Schwierigkeiten mit den Kopfdichtleisten nicht in dem erwähnten Ausmass auf, aber die anderen genannten Nachteile hinsichtlich Brennraum und Gaswechsel be stehen auch hier, da es sich um Viertakt Maschinen mit mehrbogigen Trochoiden handelt.
Diese Maschinen wei sen alle eine sehr kleine Exzentrizität bzw. Kurbelradius auf. Ferner haben sie Schwierigkeiten wegen der be- trächtlich langen Dichtgrenze, vor allem, weil die am Gehäuse angeordneten Kopfdichtleisten und die am Kolbenläufer angeordneten Seitendichtleisten kein ge schlossenes Dichtsystem bilden. Ferner ergeben die Ecken zwischen den einzelnen aufein.anderfolgenden Trochoidenbögen immer Schwierigkeiten bei der seit lichen Abdichtung.
Eine Ausbildung mit einer zweibogi- gen Epitrochoide (Nierenkurve) ist bekanntgeworden. Dabei wurde die Gaszufuhr zum Brennraum nicht von aussen durch die Gehäusewand, sondern durch die höhle Exzenterwelle und den Kolbenläufer durchgeführt. Diese Ausbildungsform ergab aber beträchtliche Schwierigkei ten bei der konstruktiven Ausbildung von Exzenterwelle und Kolben und ebenfalls auch bei der Abdichtung.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Rota tionskolben-Brenntkraftmaschine zu schaffen, die die obengenannten Nachteile bezüglich, Brennraum und Gas wechsel nicht aufweist und einen günstigen Wirkungs grad hat, vor allem auch eine hohe Verdichtung zulässt und bei möglichst grossem Aktivwinkel einen ausrei chend grossen Kurbelradius besitzt.
Das Ziel wird erfin dungsgemäss erreicht durch die Ausbildung als zweikam- merige Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem Kolben läufer von der Form einer Epitrochoide 1 :
1 (Herz kurve) mit einer im äusseren Hüllkurvenbo.gen liegenden, als Brennraum ausgebildeten Höhlung und mit in den Seitenwänden des Gehäuses vorhandenen, vom Kolben läufer gesteuerten Ein- und Auslassschlitzen für den Gaswechsel, deren dem Rotationsmittelpunkt abge wandte Begrenzungslinien wenigstens aus den beiden Trochoidenbögen zusammengesetzt sind, die den Stel lungen des Kolbentäufers im gewünschten Zeitpunkt des Beginns des Öffnungsvorganges und des Endes des Schliessvorganges zugeordnet sind und deren dem Rota tionsmittelpunkt zugekehrte Begrenzungslinien wenig stens bei den Auslassschlitzen der Form der inneren Hüllkurve des Kolbenläufers entsprechen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung eine wendepunktfreie Trochoide verwendet wird, z. B. eine Trochoide mit Flachpunkt, denn bei die sen Kurven ist die Pendelbewegung der Kopfdichtleisten relativ zur Lauffläche gleichmässig, und ausserdem sind auch die Schwankungen der Umfangsgeschwindigkeit, das heisst also der Gleitgeschwindigkeit der Kopfdicht- leiste auf dem Kolbenläufer gering.
Daraus ergibt sich eine spezifisch, geringe Beanspruchung und gleichmässige Abnutzung der Kopfdichtleiste. Dabei bietet sich. ausser dem die Möglichkeit, eine geschlossene und leicht her stellbare Seitendichtleiste am Kolbenläufer zu verwen den.
Herzkurvenförmige Kolbenläufer sind zwar, wie ein gangs erwähnt, an sich bereits bekannt, doch handelt es sich dabei um eine Pumpe, bei der die obengenannten Probleme bezüglich Brennraum und Gaswechsel über haupt nicht vorhanden sind und bei der auch keine be sonders gut passende Hüllkurve zur Trochoide erforder lich, 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 anderen Trochoiden: erreicht wird, und zwar auch dann, wenn eine etwas kleinere Exzentrizität gewählt wird,, um dadurch eine wende punktfreie Kurve zu erhalten.
Die Herzkurve ergibt dabei auch im Verhältnis ;den grössten Arbeitsraum, wo bei sich der herzkurvenförmige Kolbenläufer in OT-Stel- lung ganz dicht an die Hüllkurve anlegt und lediglich der konstruktiv bedingte Abstand der Äquidistanten vor- liegt. Die gesamte Gasfüllung wird daher bei geeigneter Ausbildung in den eigentlichen Brennraum, das heisst in die Höhlung in der Gehäusestirnfläche, weggequetscht und dort also eine sehr hohe Verd'ich'tung erreicht, die ohne Schwierigkeiten einen Dieselbetrieb ermöglicht.
Durch die Ausbildung als Zweitakt Maschine, bei der die seitlichen Schlitze für den Gaswechsel so günstig an geordnet sind, dass eine erwünschte asymmetrische Gas steuerung mit praktisch beliebigen Steuerzeiten für den Gaswechsel möglich ist, erhält man auch einen grossen Aktivwinkel pro Umdrehung der Exzenterwe11e. Der Brennraum selbst ist nicht zerklüftet wie bei den bisher bekannten Rotationskolben - Brennkraft- maschinen und kann in der für den Verbrennungsvor gang günstigsten Form gestaltet werden, so dass ohne weiteres eine einwandfreie Verbrennung erzielt wird.
Durch besondere Anordnung und Ausbildung der Steuer schlitze für den Gaswechsel wird eine gute Spülung ohne Gasrest erreicht, und es ist sogar eine überladung mög lich.
Das Prinzip der Erfindung lässt sich weiter so aus bilden, dass :die beiden bogenförmigen Arbeitsräume zwi sehen Hül'1'kurve und Kolbenläufer als Verbrennungs raum verwendet werden, dass also ein doppeltwirkender Zweitakt-Motor mit symmetrischem Aufbau entsteht. 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.
Eine andere Ausbildung der Erfindung verwendet wieder den einen Arbeitsraum als Brennraum, den anderen Arbeitsraum aber als Spülpumpe für diesen ersten Arbeitsraum und sieht hierfür überleitkanäle zwischen den beiden, Arbeits räumen vor. 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 einfachwirkende Zweitakt-Maschine vor.
Diese Ausbildungsform hat den Vorteil, dass: der Spül'pumpenraum infolge günstiger An ordnung des Einlassschlitzes und der überströmkanäle ein grösseres, wirksames Volumen als der Brennraum aufweist und d:ass daher dort ebenfalls eine Überladung des Brennraumes möglich ist. Bei beiden Ausbildungs formen der Erfindung können die Höhlungen in der Gehäusestirnwand, das heisst die eigentlichen Brenn- räume, dem gewünschten Verbrennungsvorgang entspre chend geformt sein, z.
B. so, dass schon das einströ mende Frischgas oder die Luft dort verwirbelt wird und dann der Kolbenläufer beim Verdichten durch. seine rotierende Oberfläche diese Wirbelbildung im. Brenn- raum noch unterstützt, so dass durch tain'genitiale oder schräge Kraftstoffeinspritzung zu diesem Gaswirbel eine gleichmässige Verbrennung stattfinden kann.
Nachstehend sei die Erfindung anhand von Ausfüh rungsbeispielen beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 die doppelte Erzeugung der Trochoiden, Fig. 2 eine Herzkurve als Trochoide mit äusserer Hüllkurve, Fig. 3 eine Herzkurve als Trochoide mit innerer Hüllkurve, Fig. 4a einen vereinfachten Längsschnitt durch eine einfachwirkende Rotations'kol.'ben-Brennkraftmaschine, Fig. 4b eine Anordnung gemäss Fig.4a mit dem Gaswechsel,
Fig. 4c einen Querschnitt durch die Fig. 4a gemäss Linie CC, Fig. 4d einen vereinfachten Querschnitt durch die Fig. 4a gemäss Linie DD mit dem Gaswechsel, Fig. 4e einen vereinfachten Querschnitt durch die Fig. 4a gemäss Linie CC mit dem Gaswechsel, Fig. 5 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine doppeltwirkend'e Rotationskolben -Brennkraftmaschine,
Fig. 6a und 6b die Anordnung der Gaseinlass- und Gasauslass'kanäle gemäss Fig. 5, Fig. 7 einen Querschnitt zu Fig. 5.
Die Fig. 1 bis 3 sind schon in der Einleitung bei der Behandlung des Standes der Technik beschrieben wor den und können daher hier übergangen werden.
Die Fig. 4a zeigt ein Ausführungsbeispiel als ein fachwirkende schlitzgesteuerte Zweitakt - Brennkraft- maschine mit symmetrischem Aufbau. Die Fig. 4c zeigt dazu eine Ansicht gemäss der Schnittlinie C-C in Fig. 4a. Die Darstellung ist stark vereinfacht, um lediglich die für das Verständnis der Erfindung wichtigen Teile der Anordnung hervorzuheben.
Diese Zweitakt-Brennkraft- maschine ist hier als Otto-Motor ausgebildet, wobei in der Fig.4a links der Verbrennungsraum V/B und der rechts liegende Arbeitsraum als Spülpumpe V/S aus gebildet ist. Der Trochoidenläufer hat die Form einer wend--punktfreien Epitrochoid'e 1 : 1, das heisst einer Herzkurve. Der Kolbenläufer ist mit 1 bezeichnet und hat die durch einen Pfeil angedeutete Drehrichtung.
Entlang des Kolbenläuferrandes befindet sich in äqui- dIstantem Abstand eine ringförmige geschlossene seit liche Dichtleiste 2, wel'c'he die Abdichtung gegenüber den beiden Seitenwänden 5 und 6 des Maschinengehäu ses durchführt. Ergänzend sei erwähnt, dass hier im Ausführungsbeispiel diejenige wendepunktsfreie Tro- choide verwendet wird, die die grösste Exzentrizität, also den grössten Kurbelradius ermöglicht,
nämlich eine Tro- choide mit Flachpunkt.
Im Gehäuse befinden sich an den Simulltanpunkten die Kopfdichtleisten 3, die die beiden Arbeitsräume der Maschine, das heisst den Verbrennungsraum V/B und den Spülpumpenraum V/S, gegeneinander abtrennen. Die Gehäusewandung wird durch die beiden äusseren Hüll kurvenbögen 4/I und 4/1I zur Trochoide gebildet. Die beiden Hüllkurvenbögen bilden mit dem Kolbenläufer zwei Arbeitsräume.
Im linken Arbeitsraum, das heisst im Verbrennungsraum V/B ist in der Gehäusewand, das heisst im Hül'lkurvenbogen 4/I noch eine Höhlung vor gesehen, die den Verdichtungsraum V, bildet. In diesem Verdichtungsraum ist ausserdem noch die Zündkerze 26 angeordnet. Für den Gaswechsel wird Frischgas vom Vergaser durch einen Spülpumpeneinlasskanal 12 in der Seitenwand in den Spülpumpenraum V/S gebracht.
Bei der Rotationsbewegung dies Kolbenläufers 1 wird dieses Frischgas in einem dort befindlichen Spülpumpenver- dichtungsraum V/D verdichtet und gelangt dank durch Überleitkanäle zu den Spül- und Einlassschlitzen 15 in die Seitenwand 5 des Verbrennungsraumes V/B. Der Gasauslassschlitz 16 befindet sich im Verbrennungsraum auf der gegenüberliegenden Seite 6 der Gehäusewand.
Die Vorgänge beim Gaswechsel sind im einzelnen an hand der Fig.4d und 4e deutlicher dargestellt. Die Fig. 4b zeigt die Vorgänge beim Gaswechsel in Abhän gigkeit von der jeweiligen Winkellage des Kolbenläufers.
Bei der hier gezeigten Anordnung der Spül- und Abgasschlitze 15 bzw. 16 ergibt sich eine echte Diffe renzsteuerung des Gaswechsels. Nach Abbrennen. des Gemisches im Verdichtungsraum V, bewegt sich der Kolbenläufer 1 von seiner (nicht dargestellten) OT- Stellung in Pfeilrichtung gemäss Fig. 4a bzw.
4b über den Aktivwinkel gpa. Der Kurbelwellenzapfen 23 dreht sich dabei entgegengesetzt, und sein Mittelpunkt Ml beschreibt den Kurbelkreis in der in Fig. 4b eingezeich neten Richtung. Nach Drehung des Kolbenläufers 1 um den Winkel gga öffnet der Rand des Kolbenläufers 1 drehrichtungsabhängig bei der Winkelstellung Aö des EÄzenteizapfenmittel'punktes Ml zuerst die Auslass- schlitze 16.
Dadurch ergibt sich ein praktisch vollstän diges Absinken des Verbrennungsgasdruckes, bis nach einer weüerenDrehung von:beispielsweise 15 derKolben- l:
äuferrand bei der Stellung Eü des Exzenterzapfenmittel- punktes Ml die Spülschlitze 15 öffnet und die im rechten Arbeitsraum, d. h. im Spülpumpenraum V/S, durch den Spülpumpeneinlasskanal 12 angesaugten, vorgelagerten und in der Spülpumpe vorverdichteten Frischgase strö men vom Verdichtungsraum V/D durch das Kolbenfen ster 20, über den L7berleitkanal 19, ein zweites Kolben fenster 21 zu den Spülschlitzen 15.
Diese Strömung ist in Fig. 4d durch Pfeile dargestellt. Die Fig. 4d entspricht dabei dem Schnitt D-D in Fig. 4a.
Der eigentliche Spülvorgang sei anhand der Fig. 4t; nochmals hervorgehoben. Durch den Spülschlitz 15 tre ten die frischen Gase in den Verbrennungsraum ein. Da durch, dass Spülschlitz 15 und Abgasschlitz 16 nicht einander unmittelbar auf den beiden Seitenwänden 5 bzw. 6 gegenüberliegen, sondern in der Umlaufrichtung des Kolbenläufers aufeinanderfolgen, erfolgt eine ein wandfreie Gleichstromspülung, wie durch den Pfeil. dar gestellt ist.
Die Gase legen dabei eine räumliche Bahn zurück, da, wie erwähnt, Spülschlitz 15 und Ausl'ass- schlitz 16 nicht in der Zeichenebene lie.genh sondern der eine davor und der andere dahinter zu denken ist. Bei dieser räumlichen spiralförmigen Bewegung der frischen Gase wird der Verdichtungsraum V, der als Höhlung ausgebildet ist, sehr gut durchströmt, so dass dort die alten Gasreste ausgeräumt werden und eine einwand freie neue Füllung erzielt wird.
Der Gaswechsel weist also bei der beschriebenen Art und Weise sowohl Eigen arten der Gleichstromspülung als auch der Umkehrspü lung auf, so dass er im folgenden als Gleichstrom-Um- kehr-Spülung bezeichnet werden soll. Die Form des Verdichtungsraumes V, hier z.
B. als kugelförmige Höhlung in der Wand 4/1 des Umschliessungskörpers, das heisst in der Hüllkurvenwand, begünstigt die Wirbel bildung und Spülwirkung. Diese Verwirbelung ist in der Fig. 4a ebenfalls durch Pfeile im Verdichtungsraum V,, angedeutet.
Wenn der Kolbenläufer 1 rotiert, wird die durch den Spülvorgang eingeleitete Gasströmung an der Wand des Verdichtungsraumes V, entlang weitergeführt, und der Kolbenläufer schafft nach Schliessender Auslass- und der Spülschlitze .durch Oberflächenreibung eine geschlossene Wirbelströmung des Gases,
wobei sich der Wirbel mit weiterschreitender Rotation des Kolbenläu fers immer mehr verkleinert und verdichtet und schliess- lich auf den Verdichtungsraum V,. beschränkt ist. Die eingezeichnete Drehrichtung des Gaswirbels hat an der Wandung des Verdichtungsraumes immer noch die vom Spülborgan#g eingeleitete Richtung.
Auf der anderen Seite, das heisst auf der Seite des Kolbenläufers, ist die Wirbelströmung gleichlaufend mit der rotierenden Kol- benläuferoberfläche. Es unterstützt also der Kolbenläu fer in seiner Bewegungsrichtung durch. Oberflächenrei bung die Verwirbelung der verdichteten Gase im Ver dichtungsraum V,;. Der Verbrennungsvorgang wird da her beträchtlich verbessert.
Bei der Winkellage A-,, des Mittelpunktes Ml des Exzenterwellenzapfens 23 schliesst der Kolbenrand den Auslassschl'itz 16, der sich gemäss Fig. 4c und 4e in der Seitenwand 6 befindet. Die Abgase strömen durch den Schlitz 16 und das anschliessende Abgasrohr ins Freie. Befindet sich beim Weiterdrehen des Exzenterzapfens 23 dessen Mittelpunkt M1 gemäss Fig. 4b in der Winkel stellung Va, so öffnet der Rand des Kolbenläufers 1 den Spül'pumpeneinlassschlitz 12 in der Seitenwand 5 des Gehäuses.
Vom nicht dargestellten Vergaser kann dann Frischgas in den rechten Arbeitsraum oder Spülpumpen raum V/S einströmen. Bei der gewünschten Winkelstel lung V7 schliesst der Spülpumpeneinlasssch;litz 12 wieder.
Die Überströmvorgänge zwischen dem Spülpumpen arbei'tsraum V/S und dem Brennraum V/B sollen noch mals betrachtet werden. Wie erwähnt, wird das vom Vergaser angesaugte Frischgas im Spülpumpenraum V/S verdichtet und schliesslich im Spülpumpenverdichtungs- raum V/D, der sich an einer Ge'h.äuseseitenwand befin det, zusammengepresst.
Die Verbindung zum Brennraum V/B wird in der Weise hergestellt, dass zunächst die Spülschlitze 15 durch den Kolbenläuferand im Verbren nungsraum V/B geöffnet werden. Sodann tritt das Kol benfenster 20 vor den Spülpumpenverdichtungsraum V/D, so. dass die verdichteten Frischgase durch das Kol benfenster 20 in den als überleitkanal dienenden Kol benhohlraum 19 eintreten können.
Der überleitkanal mündet an seinem anderen 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 Ge stalt zu geben und anstelle 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. 4a ersichtliche Lage des Ko#lben'hdhlraumes 19. Es ist auch. eine Ausbildung möglich, bei der auf beiden Seitenflanken des Kolbenläufers derartige Vertiefungen als Ü 'berleitkanäle vorgesehen sind. Schliesslich sei der Vollständigkeit halber noch erwähnt, dass die überleit- kanäle auch in den Gehäuseseitenwän.den 5 oder 6 an geordnet sein können,
wobei auch diese überleitkanäle vom Kolbenläufer gesteuert werden.
Am Beispiel der Fig. 4a lässt sich noch die Anord- nuug und Grösse des Spülpumpenverdichtungsraumes V; D und des Kolbenfensters 20 erkennen. Die Verbin dung zum Kolbenraum bzw. Überleitkanal 19 wird duarch das Kolbenfenster 20 kurz vor Erreichen der OT-Stel- lung des Kolbenläufers im Spülpumpenarbeitsraum V/S hergestellt.
Diese Verbindung bleibt nur eine bestimmte kurze Zeit offen, so dass nur in dieser Zeit ein überströ men der vorgelagerten Frischgase zum Verbrennungs- raum V/B möglich ist.
Diese Frischgase können durch die offenen Einlassschlitze 15 in den Verbrennungsraum austreten, wobei durch die Vorverdichtung <I>ohne</I> weiteres ein Üb; rladen des Verbrennungsraumes infolge der Dif ferenzsteuerung möglich ist, ohne dass ein Rückschlagen durch die offenen Einlassschlitze erfolgen kann, wenn der Kolbenläufer bei seiner Rotation den Verdichtungsvor gang einleitet. Ebenso hat man freie Wahl für den Zeit punkt des Schliessens der Verbindung zwischen Spül pumpenverdichtungsraum V/D und Kolbenfenster 20.
Der Schliesszeitpunkt wird etwa so viele Winkelgrade nach der OT-Stellung gewählt, dass die Verbindung zwi schen Spülpumpenverdichtungsraum V/D und Kolben hohlraum 19 etwa gleich lang besteht, wie die Spül- schlitze 15 im Verbrennungsraum V/B geöffnet sind. Durch diese Ausbildung entsteht beim Weiterdrehen des Kolbenläufers von der OT-Stellung im Spülpumpenraum V/S aus dort ein Unterdruck für das Ansaugen der Frischgasse aus dem Vergaser.
Da aber der Rand des Kolbenfensters 20 rechtzeitig den Spülpumpenverdich- tungsraum V/D vom überleitkanal 19 wieder abtrennt, kann sich. der Unterdruck im Kanal 19 oder gar im Ver- brennungsraum V/B nicht schädlich. auswirken.
Die 'herzkurvenförniigen Seitendichtungen 2 dichten den Kolbenläufer 1 in einer geschlossenen Dichtgrenze gegen die Seitenwände 5 und 6 ab. Zusätzliche Öldich- tungen 24, kreisförmig und gegebenenfalls durch eine Feder in ihrer Funktion. unterstützt, trennen den Exzen- terwellenraum gegen den Verbrennungsraum und die Seitenwände 5 und 6 ab.
Um diese Rotationskolbenmaschine statisch und dynamisch vollkommen mit Maschinengenauigkeit aus wuchten zu können, ist es notwendig, den herzkurven förmigen Kolbenläufer 1 um seinen Drehmittelpunkt Ml vorerst selbst statisch und dynamisch auszuwuchten. Dies geschieht z. B. gemäss Fig. 4c durch Hohlräume 19 im Kolben; wobei dann diese Hohlräume gegebenenfalls als Überleitkanäle für den Gaswechsel verwendbar sind.
Dreht der Kolbenläufer 1 auf dem Exzenterwellenzapfen 23, so ist es notwendig, durch entsprechende Gegen massen auf der Exzenterwelle einen statischen und dyna mischen Ausgleich anzuordnen. Es ist z. B. in Fig. 4c am Schwungrad 27 die Gegenmasse 22 und am vor deren Zahn und Keilriemenrad 28 ebenfalls eine Gegen masse 22 angeordnet. Beide Gegenmassen sind selbst verständlich in ihrer Summenwirkung so konstruktiv an geordtet, dass sie zur Exzentermasse des Kolbenläufers 1 einen exakten statischen und dynamischen Ausgleich darstellen.
Die notwendige planetenartige Sekund'ärdrehbewe- gung des Kolbenläufers 1 wird durch das aussenverzahnte Zahnrad 8, welches mit dem Kolbenläufer 1 fest ver bunden ist und' im innenverzahnten Zahnring 7 beim Drehen des Exzenterwellenzapfens 23 abrollt, erzwun gen.
Der Verbrennungsraum V/B und der Spülpumpen raum V/S sind von einem Kühlwassermantel 13 um geben. Die Exzenterwell@e 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 erfü'l'lt werden.
Die Seitenwand 5 enthält auch die Spül- oder Einlassschlitze 15 und den Spülpumpenverdich- tungsraum V/D. Der Mittelteil der Brennkraftmasch.ine, der die Begrenzungswand 4 darstellt, entspricht in sei ner inneren Begrenzungsfläche der äusseren Hüllkurve zur gewählten Epitrochoide 1 : 1, das 'heisst der Herz kurve gemäss Fig. 2.
Die Kopfdichtleisten 3 sind ent sprechend Fig. 2 in den Simultanpunkten angeordnet. Sie erstrecken sich über die volle Kolbenbreite von der Seitenwanid 5 zur Seitenwand 6 und bilden gemeinsam mit den der Herzkurvenform aagepassten Seitendicht- leisten 2 zu beiden Seiten des Kofbenfäufers 1 eine ge schlossene Dichtgrenze für die Arbeitsräume V/B und V/S.
Die vordere Seitenwand 6 enthält den Auslassschlitz 16 mit dem daran anschliessenden Abgasrohr und- zen trisch symmetrisch dazu den Spülpumpeneinlassschlitz 12 mi!t dem Vergaserrohr. Mit der Seitenwand 6 ist ver drehungsfest das innenverzahnte Zahnrad 7 mit seinem Teilkreisradius 2E verbunden. Der Teilkreisradius r1 des aussenverzahnten Zahnrades 8, das fest mit dem Kolben läuferteil 1 verbunden ist, entspricht der Exzentrizität E. In den Seitenteifen mit den Wänden 5 und 6 sind noch Küh:lwasserkanäle 13 angedeutet.
Das Volumen des Verbrennungsraumes errechnet sich zu V"=V/B=V/S=8-E-R-B, wobei E die Exzentrizität der gewählten Epitrochoide 1 : 1, R die Summe der Radien von Grund- und Roll kreis der Epitrochoide und B die Breite des Arbeitsrau mes zwischen den Seitenwänden ist. Werden die Grössen in dm eingesetzt, so erhält man- das Volumen sofort in dm3, bzw. Literangabe. Die Leistungsformel dazu lautet:
EMI0006.0013
wobei n die Umdrehungszahl der Exzenterwelle je Minute und p, der mittlere Verbrennungsdruck in kp/cm@ ist.
Bei dieser Ausbildungsform als einfachwirkende Rotationskolben-Brennkraftmaschine wird ein ausge zeichneter Gaswechsel erreicht. Es öffnen zunächst die Auslassschlitze 16, und der Druck der Verbrennungs gase sinkt so stark ab, dass beim nachfolgenden öffnen der Einlass- oder Spülschlitze 15 ein einwandfreies Aus spülen des Verbrennungsraumes stattfinden kann. Wäh rend des Spülvorganges sind Einlass-- und Auslassschlitz geöffnet.
Dann schliesst zunächst der Auslassseblitz 16 und zuletzt der Einlasssch'litz 15, wenn sie vom Kolben läuferrand überdeckt werden. Man erreicht also eine gewünschte asymmetrische Gassteuerung. Hinzu kommt noch die aus der Fig. 6a ersichtliche Differenzsteuerung mit dem Differenzwinkel /3 zwischen dem Schliessen der Auslass- und der Einlassschlitze. Dieser Winkel liegt vorteilhafterweise in der Grössenordnung von etwa 15 und ermöglicht ein überladen des Verbrennungsraumes <RTI
ID="0006.0035"> V/B. Die öffnungs- und Schliessungszeiten können je nach den Erfordernissen der asymmetrischen Steuerung gewählt werden. Dabei sind die äusseren Begrenzungs linien, das heisst die dem Rotationsmittelpunkt abge wandten Begrenzungslinien der Ein- und Aus'lassschlitze wenigstens durch zwei Trocheidenbögen bestimmt,
näm lich die Lage der Trochoide beim Beginn und die Lage der Trochoide beim Ende des Ausfassvorganges und entsprechend auch des Einlassvorganges. Die Spülwir kung und die Tendenz zur Wirbelbildung wird verbes sert, wenn wenigstens die Einlasssch.litze schräg in den Verbrennungsraum V/B münden und dabei eine Rich tung etwa zur Höhlung des Verdichtungsraumes V" haben.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal besteht darin, dass der Spülpumpeneinlasskanal 12 aus einem schmalen, langgezogenen Schlitz besteht, der ebenfalls aus zwei Trochoidenbögen gebildet sein kann, aber schmaler ist als die Einlass- und Auslassschlitze im Verbrennungs raum.
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 Überla;devorgang im Spüh pumpenverdichtungsraum V/D vorverdichtet werden.
Die inneren Begrenzungslinien des Spülpumpeneinlass- schlitzes 12 und auch der Auslasssch'litze 16 können ebenfalls durch einen Trochoidenbogen gebildet werden, und zwar durch den Trochoidenbogen bei UT-Stellung des Kolbenläufers, oder mit anderen 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 Kol benfenster 21 und Kolbenläuferrand in der betreffen den Stellung überbrücken müssen. Durch diese Schfitz- ausbildung hat man es in der Hand, -die Zeitpunkte für öffnen und Schliessen der Schlitze ganz nach den Erfor dernissen zu wählen. Ausserdem bringt diese Anordnung der Schlitze einen zeitlich günstigen Öffnungsverlauf der Auslassscblitze 16, so dass die Neigung der Exzenter welle zu Eigenschwingungen geringer ist.
Abschliessend sei noch erwähnt, dass die hier beschriebene Ausbil dungsform der Maschine als einfachwirkende Brenn kraftmaschine gleichermassen für das Ansaugen von Frischgas oder von reiner Luft geeignet ist, so dass ausser dem dargestellten Beispiel als Otto-Motor die Rotationskolben-Brennkraftmaschine auch für Diesel betrieb abwandelbar ist, denn wie oben schon erwähnt, wird die gesamte Füllung für den Brennraum in den klei nen Verdichtungsraum V, weggequetscht, so dass dort die für den Dieselbetrieb erforderliche hohe Verdich tung erreicht wird.
Die Fig.5 bis 7 zeigen eine andere Ausbildungs form der Erfindung, und zwar eine doppeltwir- kende, schlitzgesteuerte Gleichstrom-Zweitaktbrenn- kraftmaschine. Hier wird die Rotationskolben-Brenn- kraftmaschine als Dieselvariante dargestellt, wobei ge mäss Fig.5 der linke Arbeitsraum die Bezeichnung V"/I und der rechte Arbeitsraum die Bezeichnung V"/11 trägt.
Sel'bstverständl'ich sind beide Arbeitsräume voll ständig gleich, da auch diese Maschine einen herzkur venförmigen Kolbenläufer mit der dazugehörigen zwei bogigen äusseren Hüllkurve als Umschliessungskörper verwendet. Auch in diesem Beispiel ist eine Herzkurve mit Flachpunkt gewählt. Diese Brennkraftmaschine be nötigt eine Fremdspülpumpe, z.
B. eine abgasgetriebene Gasturbine mit direkt gekuppelter Radialspülpumpe, wie es bei Grossd:iesedmotoren oder abgasgeladenen Brenn- kraftmaschinen, üblich ist.
Diese Ausführungsvariante ist wie folgt aufgebaut: Der Kolbenläufer 1 mit den üblichen Seitendichtleisten 2 und den Simultanpunkt-Kopfdich.tleisten 3 vergrössert und verkleinert sinusförmig die Arbeitsräume V"/I und V"/II. Durch die planetenartige Sekundärdrehbewegung des Kolbenläufers 1 wird die Verbrennungsluft entspre- chend dem oben in Fig. 4 beschriebenen Beispiel im Ver brennungsraum
V"/I bzw. V"/II in Richtung der Pfeile herumgewirbelt. Dieser geometrisch streng kontrollierte Luftwirbel wird durch die Eins@trömkinematik der<B>Spül-</B> luft aus den Einlassschlitzen 15, welche diesmal gemäss Fig. 7 sowohl in der Seitenwand 5 als auch in der Seiten wand 6 angebracht sind, eingeleitet, wobei gegebenen falls die Einlassschlitze schräg und etwa zum Verdich tungsraum V,/I bzw. V,/II gerichtet in den Seitenwän den münden können.
Durch die Drehbewegung des Kol benfäufers wird dann die Wirbelströmung vollends her gestellt. Erreicht der Kolbenläufer 1 die in Fib. 5 ein gezeichnete OT-Stellung im rechten Arbeitsraum V"/II, so wird die gesamte Verbrennungsluft in den Verdich tungsraum V,
/II weggequetscht und bildet hier in die sem zweckm'ässigerweise zylindrisch ausgebildeten Ver- dichtungsraum eine Wirbeldrehbewegung in Richtung der Pfeile. Tangential zu diesem schnell drehenden Luft- zylinder wird durch die Brennstoffdüse 10 Brennstoff eingespritzt, der sich zum Teil auf der heissen zylindri- ach,en Verdichtungswand anlegt und hier abdampft und durch die drehende Luftsäule sanft, sehr vollständig verbrannt wird'.
Je nach Breite der Maschine bzw. des Kolbenläufers können, wie Fig. 7 zeigt, auch mehrere Brennstoffdüsen im gleichen Verdichtungsraum vorgese hen werden. Ergänzend sei noch die Anordnung von Glühkerzen 11 im Verdichtungsraum V, erwähnt.
Die Fig. 5 zeigt zusammen mit der Fig. 7 die An ordnung der Einlassschlitze 15 und der Auslassschlitze 16. Es ist ersichtlich, dass diese Schlitze paarweise auf den beiden Gehäusesei'tenwänden 5 und 6 angeordnet sind. Ausserdem liegen Einlassschlitze 15 und Auslass- schlitze 16 symmetrisch zur OT-Stell'ung der Maschine.
Auch hier ist die äussere Begrenzung der Schlitze durch zwei Trochoidenbögen gebildet, wie aus den Fig. 6a und 6b ersichtlich ist. Die innere Begrenzungslinie der Schlitze kann hier durch die innere Hüllkurve bzw. durch den Rand des Kolbenläufers 1 in seiner UT-Lage gebildet werden.
Die Fig. 6b zeigt den Kolbenläufer 1 in seiner UT- Stellung bezüglich des Arbeitsraumes Va/I. Der Kol- ben@läuferrand bildet hier die innere Begrenzung der Ein- und Auslassschlitze 15 bzw. 16. Nimmt man den Kol benläufer in einer Stellung von z. B. 45 vor UT-Lage an, so befindet sich der Exzenterwellenmittelpunkt Ml in der Stellung<B>Ab</B> auf dem Kurbelkreis 14.
Entspre chend liegt dann auch die mit UT bezeichnete Stelle des Kolbenrandes an der Stelle Ab. Der Kolbenil.äufer bzw. die Trochoide nimmt hierbei die gestrichelt eingezeich nete Stellung T1 ein. Es ist ersichtlich,
d'ass in der Um gebung des Punktes<B>Ab</B> diese Trochoidenbahn T1 die Auslassschlitze 16 aussen begrenzt und beim Weiterdre hen des Kolbenläufers zur UT-Lage hin die Auslass- schlitze 16 öffnet. Beim Weiterdrehen des Kolbenläufers 1 über die UT-Lage hinaus nimmt der Kolbenläufer ein mal die Trochoidenstellung T2 ein, die ebenfalls ge stricheft dargestellt ist.
Der Exzenterwellenzapfenmittel- punkt Ml befindet sich dann in der Stellung A" z. B. 30 nach. UT. Es ist ersichtlich, dass bei diesem Tro- choidenbogen T2 der andere Teil der Auslassschlitze 16 gerade wieder geschlossen wird. Man hat es also in der Hand, durch Wähl der Trochoidenstellung den Zeit punkt für Beginn des öffnens und Ende des Schliessens der Auslasssch'litze 16 je nach der gewünschten asymme trischen Steuerung zu wählen.
Entsprechendes gilt für die äussere Begrenzung der Einlassschlitze 15, die eben falls durch die beiden Trochoidenbögen zu Beginn des Öffnungsvorganges und Ende des Schliessvorganges ge bildet wird. Diese Trochoiden sind hier der übersicht- lichkeit halber nicht eingezeichnet, jedoch würden sie zur Lage des Exzenterwellenmittelpunktes Ml bei Eö 30 vor UT und bei E, 45 nach UT liegen. Auch hier gilt, dass die Steuerzeiten je nach Erfordernis wählbar sind.
Aus der Fig. 6b geht ausserdem noch der Aktiv winkel (p., hervor, der hier 135 beträgt.
In dar Fig. 6a sind die beiden Trochoidenbögen T_ bei Ende des Schliessvorganges der Auslasssch'litze 16 und T3 bei Ende des Schliessvorganges der Einlassschlitze 15 dargestellt. Entsprechend würde sich der Exzenter- wellenrnittelpunkt Ml in den Stellungen Az bei 30 nach UT und E, bei 45 nach UT befinden.
Der Differenz winkel fl, der hier beispielsweise 15 beträgt, ermöglicht die Differenzsteuerung und die Überladung des Arbeits raumes.
Der Gaswechsel ist hier ebenso ideal wie bei der oben beschriebenen Variante der einfachwirkenden Zweitakt-Maschine. Befindet sich gemäss Fig. 6b der Mittelpunkt Ml des Exzenterwel'lenzapfens 23 in der Winkellage Ab, z. B. 45 vor UT-Lage, bezüglich des Arbeitsraumes V,,/I, 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 Ver brennungsraumes stattfinden kann. Sodann öffnen in der Winkellage Eö 30 vor UT die Einlass- oder Spül schlitze 15. Der Spülvorgang setzt jetzt ein und dauert so lange, bis bei A, 30 nach UT die Auslassschlitze 16 wieder schliessen.
Da die Einlassschlitze 15 bis EZ bei 45 n.4ch UT offen bleiben, kann während dieser Zeit über laden werden. Man kann daher im Verbrennungsraum. mit einem Anfangsdruck über dem Atmosphärendruck rcchnen. Es ergeben sich ideale Gaswechselzeiten und ideale Wirbelbewegungen der Verbrennungsluft, wobei der Spülvorgang die Wirbelbewegung im Verbrennungs- raum unterstützt und der Kolbenläufer durch Oberflä chenreibung vervollständigt.
Dadurch bedingt, ergeben sich ideale und geometrisch streng kontrollierte Wirbel bewegungen auch in den beiden Verdichtungsräumen V,/I und V,/II und infolgedessen ausgezeichnete Ver brennungsvorgänge.
Die Fig. 7 zeigt einen Querschnitt dieser Maschine nach Schnittlinie A-A in Fig. 5. Es ist hier die einfache Zahnradanordnung erkennbar, das heisst das aussen verzahnte Zahnrad 8 ist fest mit dem Kolbenläufer 1 verbunden und rollt beim Drehen der Exzenterwelle 9 im innenverzahnten Zahnring 7 ab, der mit der Seiten wand 5 fest verbunden ist.
Die Seitendichtl'eisten 2 zu beiden Seiten des herzkurvenförmigen Kolbenläufers 1 und die Kopfdichtleisten 3 bilden geschlossene Dicht grenzen für die beiden Arbeitsräume V"/I und V",/II.
Selbstverständlich ergeben sich ähnlich wie bei Zwei takt-Hubkolbenboxermotoren zwei symmetrisch gegen überliegende Aktivwinkelzonen (p;", hier von jeweils 135 , wie aus der Fig. 6b ersichtlich ist. Diese beiden Aktivwin- kelzonen ergeben zusammen einen doppelt so grossen Ak tivwinkel wie bei der oben beschriebenen Variante der einfachwirkenden Maschine.
Dies bedeutet, dass der herz kurvenförmige Kolbenläufer bei einer vollen Umdre hung der Exzenterwellc über den Winkel von 270 vom Druck der Verbrennungsgase aktiv weiterbewegt wird, wobei je Exzenterwel:lenumdrehung zwei Arbeitsspiele der Zweitakt-Rotationskolbenbrennkraftmaschine erfol gen.
Zu betonen ist, dass bei diesem symmetrischen Boxer-Rotationskolbenmotor beide Seitenbegrenzungs- flächen 5 und 6 Einlass- bzw. Auslassschlitze 15 bzw. 16 tragen können, so dass .sich, wie oben erwähnt, .durch ent sprechend schräg gerichtete Einlassschlitze die Spülluft bzw, das Frischgasgemisch im Verbrennungsraum V"/I und V@,/II so verteilen, dass der sogenannte Gasrest nach jedem Arbeitsspiel praktisch Null ist.
Die beim Spül vorgang entstehenden Gasströmungen im Verbrennungs raum V,/I und im hier zylindrischen Verdichtungsraum V,/I sind in Fig. 5 durch Pfeile angedeutet. Den Einfluss der paaX.veisen Anordnung der Einlass- bzw. der Auslass- schl'itze 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 Verbrennungs- raum V"/I die Einlassachlitze 15 oberhalb der Zeichen ebene zu denken sind und die Auslassschlitze 16, wie gestrichelt eingezeichnet, hinter .der Zeichenebene lie- gen.
Durch das Aufeinandertreffen der schräg von bei den Seiten her einströmenden Luft wird im Verdich tungsraum V, die Bildung eines walzenförmigen Wir bels eingeleitet und die Spülung in Richtung der Pfeile zu den Auslasskanälen 16 fortgesetzt. Die oberhalb der Zeichenebene liegende, von den Einlassschl@itzen aus gehende und in der Mitte aufeinandertreffende An fangsströmung der einströmenden Luft ist in Fig. 7 nicht dargestellt.
Gegebenenfalls kann die Einlassrichtung auf den beiden Seitenwänden verschieden stark schräg ge wählt werden, so dass die beiden Teilströme in eine den Spül- und Verwirbelungsvorgang begünstigende spiral förmige Rotationsbewegung versetzt werden.
Das hier beschriebene Triebwerk macht je einer Um drehung der Exzenterwelle und je Arbeitsraum ein Ar beitsspiel, so dass der Gesamtarbeitsraum je einer Exzen- terwellenumdrehung VA = 2 - V;,, beträgt.
Die Arbeits- raumformel lautet: VA =16-E-R-B. Hierbei ist E die Exzentrizität der gewählten Epi- trochoide 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:
EMI0008.0025
wobei n die Umdrehungszahl der Exzenterwelle je Minute und p,- der mittlere Verbrennungsdruck in kp/cm ist.
Die mittlere Umfangsgeschwindigkeit des Kolbenläufers bezüglich .der Kopfdichtleisten in den Simultanpunkten beträgt
EMI0008.0032
An sich können Maschinen der oben beschriebenen einfachwirkenden Bauweise durchaus mit einem Kol benläufer verwendet werden. Für bestimmte Anwen dungszwecke jedoch ist es ohne weiteres möglich., zwei derartige, aus Brennraum und Spülpumpenraum be stehende Systeme spiegelbildlich auf gemeinsamer Achse anzuordnen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, noch weitere Kölbenläufer sinngemäss symmetrisch auf gemeinsamer Achse anzuordnen, so dass vor allen Din gen die Auswuchtbedingungen erfüllt sind.
Eine solche Anordnung ergibt naturgemäss eine Vergrösserung des Aktivwinkels cpa, und .dadurch wird eine gleichmässige Drehmomentenabgabe und ruhiger Lauf gewährleistet. Entsprechendes gilt auch für die oben beschriebene doppeltwirkend'e Maschine.
Zusammenfassend .seien nochmals einige wesentliche durch die Erfindung erzielte Fortschritte gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik aufgezählt. Die Er findung zeigt erstmalig eine Zweitaki Rotationskolben- brrennkraftmaschine, die wegen :der hohen Verdichtung als Hochleistungsmaschine ausgebildet werden kann und sich darüber hinaus auch für Dieselbetrieb eignet, wäh rend bei den bisher bekannten Ausbildungen eine Ver- dieselung stets gescheitert ist.
Dabei hat diese Maschine den optimal erreichbaren Kurbelradius, bei dem eine hohe Drehmomentenäbgabe auch bei geringen Dreh zahlen möglich ist. Diese Maschine eignet sich, daher als Langsamläufer genauso gut wie als Schnelläufer. Durch das ausserordentlich günstige Zusammenspiel der Ein- lassschlitzanordnung und der Verdichtungsräume im Umschliessungskörper wird eine innige Verwirbelung des verdichteten Mediums und ein sehr günstiger Verbren nungsablauf erreicht.
Die Abbrenngeschwindigkeit so wohl bei der Otto- als auch, bei der Dieselvariante wird ganz wesentlich in positivem Sinne beeinflusst, so dass sich höchste Drehzahlen bei günstigsten Abbrennverhält- nissen erreichen lassen. Damit verbunden ist ein sehr niedriger Brennstoffverbrauch über den gesamten Dreh zahlbereich garantiert. Die Steuerzeiten sind je nach den Erfordernissen wählbar, und es ist jeglicr.e ge wünschte asymmetrische Gassteuerung und Differenz steuerung zu verwirklichen.
Durch die besonders gün stige Form der als Höhlung im Umschliessungskörper angeordneten Verdichtungsräume, in denen der Ver brennungsvorgang einsetzt, bleibt beim Spülvorgang kein Gasrest übrig, der den Wirkungsgrad der Maschine her absetzt. Die Kolbenläufer selbst können unter Umstän den als Schwungmassen gross genug und in sich ausge wuchtet sein, so dass sie die gasdruckfreien Zonen über brücken können.
Die Ausbildung als einfachwirkende Maschine, bei der der eine Arbeitsraum als Brennkam mer und der andere Arbeitsraum als Spülpumpe dient, stellt eine besonders glückliche Lösung dar, d a hier durch einen Kolbenläufer nicht nur eine Drehmoment abgabe, sondern auch eine Vorverdichtung der Spülluft oder des Frischgasgemisches in einem solchen hohen Grade erreicht wird, wie es bei Rotationskolbenmaschi- nen bisher noch nicht und bei Hubkolben-Zweitakt- maschinen bei weitern nicht in diesem Ausmass erreicht wird.