DE2217247B2 - Parallel- und aussenachsige rotationskolben-brennkraftmaschine mit kaemmeingriff - Google Patents

Description

tine SUH.JH- Rotationskolben-Brennkraftmaschine ist aus der USA.-Patentschrift 3468 294 bekannt.

Ein grundsätzliches Problem bei solchen Maschinen besteht in der Verminderung der Abdichtungsverluste zwischen dem Rippenrotor und dem Nutenrotor bzw. zwischen diesen Rotoren und dem feststehenden Gehäuse. Es sollte daher die Länge der Dichtlinie im Verhältnis zu dem von jeweils einem Rippenzwischenraum des Rippenrotors und einer Nut des Nutenrotors verdrängten Volumen, wenn die Rotoren eine geschlossene Arbeitskammer bilden, so klein wie möglich gehalten werden. Die Querschnittsflächen der Rippenzwischenräume bzw. der Nuten sind im wesentlichen Funktionen zweiten Grades ihrer radialen Erstreckung, während die Länge der quer zu den Rotorachsen verlaufenden Dichtlinien an den Stirnenden im wesentlichen eine Funktion ersten Grades der radialen Erstreckung der Rippenzwischenräume bzw. Nuten ist. Demzufolge sollte die radiale Erstrekkang der Rippenzwischenräume und Nuten so groß wie möglich sein, was bedeutet, daß die Außendurchmüsser der Rotoren im Verhältnis zu ihrem gegenseitigen Achsabstand möglichst groß ausgebildet seir müßten. Diese Beziehung hängt nach einem bekannten Cosinustheorem vom Schnittwinkel zwischen den Gehäusebohrungen ab.

Ferner beträgt die Fläche jeder von einem Rippenzwischenraum und einer Nut gebildeten Arbeitskammer einen Bruchteil der Fläche aller Arbeitskammern, die während einer Drehung des Rippenrotors gebildet werden. Dieser Bruchteil ist umgekehrt proportional der Anzahl der Rippen des Rippenrotors, die deshalb so klein wie möglich sein sollte.

Weiterhin ist das Verdrängungsvolumen der Rippenzwischenräume und der Nuten direkt proportional der Rotorlänge. Die Dichtlinie einer jeden Arbeitskammer besteht außer den zwei bereits erwähnten querlaufenden Dichtlinien an den Stirnenden der Rotoren auch aus zwei Teilen, die sich in axialer Richtung zwischen den beiden Stirnenden erstrecken. Die Längenänderung der axialen Dichtlinienteile ist direkt proportional der Änderung der Rotorlänge, wobei die Länge der querlaufenden Dichtlinienteile unabhängig von der Rotorlänge ist. Die axiale Länge der Rotoren sollte daher so groß wie möglich sein. Es hat sich jedoch gezeigt, daß im Hinblick auf die Verbrennungsbedingungen die axiale Länge der Rotoren in einer bestimmten Beziehung zur Offnungssehne der Nuten des Nutenrotors, d. h. zum Abstand zwischen den Kanten der eine Nut begrenzenden Flanken stehen sollte. Die Öffnungssehne einer Nut sollte daher so

groß wie möglich sein, was bedeutet, daß auch die Anzahl der Nuten des Nutenrotors möglichst klein sein sollte.

Ein anderes grundsätzliches Problem, das bei den Maschinen der eingangs genannten Axt auftritt, besteht darin, einen möglichst konzentrierten Verbrennungsraum zu schaffen, der eine rasche und vollständige Verbrennung mit geringsten thermischen Verlusten, d. h. ein kleinstmögliches Oberflächen-Volumen-Verhältnis bei maximaler Temperatur sicherstellt. Aus diesem Grunde sollte das theoretische Verhältnis zwischen dem Einlaßvolumen und dem Verdichtungsendvolumen der von einem Rippenzwischenraum und einer Nut im Eingriffsbereich gebildeten Arbeitskammer so groß wie möglich gehalten werden, um dadurch einen sehr konzentrierten Verbrennungsraum zu erzielen, mit dem das gewünschte Verdichtungsverhältnis erreicht wird. Untersuchungen haben gezeigt, daß ein theoretisches Verhältnis von 80:1 erzielbar ist. Die Rippe des Rippenrotors sollte deshalb die Nut des Nutenrotors im Scheitelpunkt des Eingriffs, an dem der Verdichtungsvorgang beendet ist, soweit wie möglich ausfüllen, während andererseits die Einzelvolumina einer Nut des Nutenrotors und eines Rippenzwischenraurrts des Rippenrotors möglichst groß sein sollten. Im Zusammenhang mit diesem Problem ist zunächst die Länge des Rippenrotors von sekundärer Bedeutung. Um jodoch die Stirnwände des feststehenden Gehäuses von den höchsten Temperaturen der Verbrennungsgase soweit wie möglich abzuschirmen, sollte das Flankenprofil an den axialen Enden des Nutenrotors soweit wie möglich dem theoretischen Flankenprofil entsprechen. Um innerhalb des Verbrennungsraums eine hohe Turbulenz zu erreichen, muß das Gas, zumindest in einer der dem Scheitelpunkt des Eingriffs unmittelbar vorangehenden Winkelstellung der beiden Rotoren, eine bestimmte Axialgeschwindigkeit haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die hinsichtlich der vorstehend erläuterten unterschiedlichen und teilweise gegensätzlichen Anforderungen optimal ausgebildet ist und somit eine praktisch verwendbare, arbeitsfähige Maschine abgibt, die sowohl im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit als auch im Hinblick auf die gestiegenen Anforderungen an die Zusammensetzung der Abgase mit gut eingeführten Hubkolbenmaschinen in Wettbewerb zu treten vermag.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale erfüllt, für die kein Elementenschutz beansprucht wird:

a) Der Schnittwinkel der Gehäusebohrungen liegt zwischen 65° und 80°;

b) die Summe der Rippen des Rippenrotors und der Nuten des Nutenrotors ist kleiner als zehn, und die Anzahl der Nuten des Nutenrotors ist um eins bis drei größer als die Anzahl der Rippen des Rippenrotors;

c) die axiale Länge der Rotoren beträgt mehr als 75 % der Länge der Sehne zwischen den achsfernen Zonen einer jeden Nut des Nutenrotors;

d) die Nuten des Nutenrotors weisen im achsnahen Bereich axial begrenzte Ausnehmungen auf, die vor den Stirnwänden des Gehäuses enden.

Es ist zwar bei einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt (USA--Patentschrift 3468294), den Schnittwinkel der Gehäusebohrungen mit etwa 65° zu bemessen und die axiale Länge der Rotoren mit etwa 80% der Länge der Sehne zwischen den achsfernen Zonen einer jeden Nut des Nutenrotors auszubilden. Bei der bekannten Maschine weisen jedoch der Rippenrotor vier Rippen und der Nutenrotcr acht Nuten auf. Sowohl die Summe der Rippen des Rippenrotors und der Nuten

¹Q des Nutenrotors als auch der Unterschied zwischen der Anzahl der Nuten des Nutenrotors und der Anzahl der Rippen des Rippenrotors sind folglich größer, als es die Erfindung fordert. Infolge der großen Anzahl der Nuten des Nutenrotors wird die achsferne Sehne jeder Nut so kurz, daß die prozentuale Angabe davon als Länge der Rotoren inadäquat wird. Ferner wird die achsferne Sehne jeder Rippe des Rippenrotors so kurz, daß ein guter Anschluß der Rippenflanken an die Nutflanken im Scheitelpunkt des Eingriffs unmög-

ao üch ist, was bedeutet, daß ein ausreichendes theoretisches Verdichtungsverhältnis nicht erreicht werden kann. Es fehlen demnach auch bei der bekannten Maschine jegliche zusätzliche Ausnehmungen in den Nuten des Nutenrotors. Das angestrebte Ergebnis läßt sich infolgedessen mit der bekannten Maschine nicht erreichen.

Bei einem bekannten Drehkolbenverdichter mit Grobvakuumpumpe (deutsche Offenlegungsschrift 1428156), der in seinem konstruktiven Aufbau einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art weitgehend entspricht, ist es auch bereits bekannt, den Rippenrotor nur mit zwei P.ippen und den Nutenrotor mit nur drei Nuten zu versehen, so daß also die Gesamtzahl der Rippen und Nuten nur fünf beträgt und die Anzahl der Nuten des Nutenrotors um eins größer ist als die Anzahl der Rippen des Rippenrotors. Die Funktion des bekannten Drehkolbenverdichters ist jedoch die einer Zahnradpumpe und unterscheidet sich damit grundsätzlich von der

Ao einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine. Außerdem erfüllt der bekannte Drehkolbenverdichter nicht die Voraussetzung, daß die Rippenfianken über ihre gesamte Erstreckung von den achsfernen Zonen der Nutflanken erzeugt sind.

Schließlich ist in Verbindung mit einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff zwischen einem Rippenrotor und einem Nutenrotor auch bereits vorgeschlagen worden (USA.-Patentschrift 3237613), im achsnahen Bereich der Nuten des Nutenrotors axial begrenzte Ausnehmungen anzuordnen, die jedoch nur vor der einen Stirnwand des Gehäuses mit Abstand enden, während sie zur anderen Stirnwand hin offen sind, um dort in Deckung mit an der Gehäusestirnwand angeordneten Zündkerzen zu gelangen. Demgegenüber verhindert die axial beidseitige Begrenzung der Ausnehmungen nach dem Erfindungsmerkmal d), daß die hohen Temperaturen dei Verbrennungsgase mit den Gehäusestirnwänden unmittelbar in Berührung kommen, und gestatten ir Verbindung mit der Kopfbreite der Rippen des Rip penrotors die Ausbildung besonders günstiger Brenn raumformen mit möglichst großer Winkelerstreckunj derselben in radialer Richtung. Ferner sind die Rip penflanken nahezu kreisförmig und nur in ihren achs nahen Bereichen von den achsfernen Zonen der Nut flanken erzeugt, wobei letztere erhebliche Abschnitt* außerhalb des zugehörigen Teilkreises aufweisen uni die Summe der Rippen des Rippenrotors und der Nu

ten des Nutenrotors zehn beträgt, was im Gegensatz sowohl zu den Gattungsmerkmalen der erfindungsgemäßen Maschine als auch dem Erfindungsmerkmal b) steht.

Alle Merkmale der erfindungsgemäßen Kombination tragen dazu bei, das für ein wirksames Funktionieren der gattungsgemäßen Brennkraftmaschine mit geringen Abmessungen erforderliche Verhältnis von Dichtlinie zu Verdrängungsvolumen klein zu halten und durch ein großes theoretisches Verdichtungsverhältnis sowie durch über verhältnismäßig große Winkelbereiche wirksame Verdichtungs- und Entspannungsphasen einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen.

Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Rotationskolben-Brennkraftmaschine werden nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer solchen Maschine im Querschnitt nach Linie 1-1 in Fig. 2, Fig. 2 einen Längsschnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Einzelheit aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, wobei auch die Anordnung der Zündkerzen gezeigt ist,

Fig. 4 die Querschnitte der Rotoren einer abgeänderten Ausführungsform,

Fig. 5 die perspektivische Darstellung des für beide Ausführungsformen im wesentlichen gleich ausgebildeten Nutenrotors.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Rotationskolben-Brennkraftmaschine hat ein Gehäuse 20, das einen Arbeitsraum 22 umschließt, der von zwei achsparallelen Bohrungen 24 und 26 gebildet ist, die einander entlang zweier achsparalleler gerader Linien 28 und 30 schneiden. Die Bohrungsradien R_R und R_A sind gleich groß und betragen 0,625 des Abstandes D_c zwischen den Bohrungsachsen, so daß der Schnittwinkel a, dem die Bohrungen an den Schnittlinien 28, 30 miteinander einschließen, etwa 74° beträgt. Die axiale Länge L des Arbeitsraums 22 beträgt 0,5 D_c.

Der Arbeitsraum 22 wird durch Stirnwände 32, 34 (Fig. 2) und die Mantelwandungen 36 und 38 der Gehäusebohrungen 24 und 26 begrenzt. In den Stirnwänden 32 und 34 sind Einlaßkanäle 40, 42, 44 und 46 für Frischluft (Fig. 2), Auslaßkanäle 48, 50 für die Spülung und Auslaßöffnungen 49 und 51 für die Abgase sowie eine Brennstoffeinspritzdüse 52 vorgesehen. In der Gehäusebohrung 24 ist ein mit den Gehäusewänden 32, 34 und 36 abdichtend zusammenwirkender Rippenrotor 54 angeordnet, während die Bohrung 26 einen Nutenrotor 56 aufnimmt, der mit den Gehäusewänden 32,34 und 38 und dem Rippenrotor 54 abdichtend zusammenwirkt.

Der Nutenrotor 56 enthält fünf von Stegen 58 getrennte Nuten 60, die innerhalb des zugehörigen Rotorteilkreises liegen, welcher im wesentlichen mit dem Außenumfang des Nutenrotors zusammenfällt. Jede Nut 60 hat zwei konkave Flanken 62 und 64 (Fig. 1 und 3), die durch eine im wesentlichen teilzylindrische achsnahe Zone 66 voneinander getrennt sind. Jeder Steg 58 des Nutenrotors 56 hat eine teilzylindrische achsferne Zone 68, welche die Kanten 70 und 72 der Flanken 62 und 64 miteinander verbindet. Der öffnungswinkel β jeder Nut 60, d. h. dei Winkel, den die Radiusvektoren zu den Kanten 70 und 72 der Flanken 62,64 miteinander einschließen, beträgt etwa 52°, so daß die Länge der Öffnungssehne C₄ der Nut etwa 0,87 R_A oder 0,54 D_c beträgt. Die achsnahe Zone 66 einer jeden Nut 60 enthält eine teilkugelige Ausnehmung 74, die sich bis in die anschließenden Nutflanken 62 und 64 erstreckt und zur Nut 60 hin offen ist. Die größte Axialerstreckung der Ausnehmung 74 beträgt etwa 80% der Länge des Nutenrotors 56, und ihre größte Radialerstreckung von der achsnahen Zone 6ii zur Achse des Nutenrotors beläuft sich auf etwa 5(1% des kleinsten Abstandes zwischen dem ausnehmungsfireien Teil der achsnahen Zone 66 und der Rotorachse. Fig. 5 zeigt einen solchen Nutenrotor noch einmal in perspektivischer Darstellung.

Der Rippenrotor 54 besitzt drei Rippen 76 mit

¹S Zwischenräumen 78 auf, die außerhalb des zugehörigen Teilkreises liegen, der im wesentlichen mit dem Fußkreis des Rotors zusammenfällt. Jede Rippe 76 hat zwei konvexe Flanken 80 und 82, die durch ,eine im wesentlichen teilzylindrische achsferne Zone 84 voneinander getrennt sind, die achsferne Zone 84 erstreckt sich über einen Winkel γ von etwa 38*, so daß die Länge der Sehne C_R der achsfernen Zone etwa 0,75 R_R oder 0,4 D_c beträgt. Jeder Rippenzwischenraum 78 hat eine teilzylindrische achsnahe Zone 86.

welche die Rippenflanken 80 und 82 miteinander verbindet. Dais Profil jeder Flanke 80, 82 einer Rippe 76 wird durch eine im wesentlichen epitrochoidische Kurve gebildet, die durch die Kanten 70 und 72 der Nutflanken 62 und 64 des Nutenrotors 56 bei dessen Drehung beschrieben wird. Die Profile der Nutflanken 62 und 64 und der achsnahen Zonen 66 des Nutenrotors f!6 folgen mit Spiel der Hüllkurve, die vor einer jeden Rippe 76 des Rippenrotors 54 beschrieber wird, wenn sich dieser bei der Drehung der Rotorer

in die betreffende Nut 60 hinein und aus dieser wiedei heraus bewegt. Der Rippenrotor 54 hat ferner eine Antriebswelle 88, die sich durch das Gehäuse 20 nach außen erstreckt. Der Rippenrotor 54 und der Nutenrotor 56 stehen durch zwei miteinander kämmende Zahnräder 90 und 92 in Antriebsverbindung.

Die vorstehend erläuterte Maschine arbeitet wie folgt:

Ein Rippenzwischenraum 78 des Rippenrotors 5^ und eine Nut (SO des Nutenrotors 56 werden über die Einlaßkanäle 40,42 bzw. 44,46 mit Frischluft gefüllt Bei der Drehung des Rippenrotors 54 und des Nuten rotors 56 werden die Rippenzwischenräume 78 unc die Nuten 60 gegenüber den Einlaßkanälen 40, 4Ά bzw. 44, 416 außer Fluchtung gebracht, so daß eint

Ladung von Frischluft darin eingeschlossen wird Während der Weiterdrehung der Rotoren tritt der de aufgeladenen Nut 60 des Nutenrotors 56 voreilendi Steg 58 in den mit Frischluft gefüllten Rippenzwi schenraum 78 des Rippenrotors 54, und die Kompres

sion der eingeschlossenen Luft beginnt. Nach einen Drehwinkel des Rippenrotors 54 von etwa 33° pas siert die voreilende Flankenkante 70 der Nut 60 di( Schnittlinie 2J) der Gehäusebohrungen, so daß de Rippenzwischenraum 78 und die Nut 60 miteinande in Verbindung gelangen und nunmehr eine gemein same abgeschlossene Arbeitskammer bilden. In eine ersten Arbeitsiphase wird die Arbeitskammer durd die einander zugekehrten Oberflächen des Rippenro tors 54 und des Nutenrotors 56, durch die Gehäuse Stirnwände 32, 34 und durch Teile der Mantelwändi 36 und 381 begrenzt. Während dieser ersten Arbeits phase wird Brennstoff durch die Düse 52 in diese Ar beitskamnier eingespritzt. Das Volumen der Arbeits

kammer nimmt kontinuierlich ab. Nach einer weiteren Drehung des Rippenrotors 54 um etwa 87° passiert die nacheilende Flankenkante 72 der Nut 60, d. h. die Flanke des nacheilenden Stegs 58 die Schnittlinie 28 der Gehäusebohrungen. Hiermit beginnt eine zweite Arbeitsphase, in der die geschlossene Arbeitskammer nur durch die einander zugekehrten Flächen des Rippenrotors 54 und des Nutenrotors 56 sowie die Gehäusestirnwände 32 und 34 begrenzt ist, wobei das Volumen der Arbeitskammer weiter kontinuierlich abnimmt, bis nach einer Weiterdrehung des Rippenrotors 54 um etwa 18°, wenn nämlich die Rippe 76 des Rippenrotors 54 in maximalem Eingriff mit der Nut 60 des Nutenrotors 56 steht, das kleinste Volumen erreicht ist. Während dieser zweiten Arbeitsphase wird das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Arbeitskammer vorzugsweise mittels einer oder mehrerer Zündkerzen 94, 96 gezündet, die am Nutenrotor 56 und/oder am Rippenrotor 54 angeordnet sind, und zwar in der Ausnehmung 74 in der achsnahen Zone des Nutenrotors und/oder in der achsfernen Zone 84 des Rippenrotors. In der Stellung des maximalen Eingriffs, d. h. also dem Scheitelpunkt des Eingriffs zwischen der Rippe 76 des Rippenrotors und der Nut 60 des Nutenrotors ist mehr als 90% des Brennstoff Luft-Gemischs innerhalb des durch die Ausnehmung 74 begrenzten Raumes eingeschlossen. Jener Teil der Nut 60, der durch den der Ausnehmung 74 unmittelbar gegenüberliegenden Teil der achsfernen Zone 84 des Rippenrotors abgeschlossen ist, umfaßt mehr als 90% der Öffnungsfläche der Ausnehmung 74. Hierdurch wird eine sehr kurze konzentrierte Brennkammer gebildet. In dieser Stellung der beiden Rotoren beträgt die Fläche jeder Gehäusestirnwand 32,34, die der freien Fläche der Nut 60 zugekehrt ist, nur etwa 4% der Gesamtfläche der Nut. Dies bedeutet, daß die Gehäusestirnfläche 32, 34 gegen die heißesten Verbrennungsgase gut abgeschirmt sind. Dieser gute Abschirmeffekt beruht darauf, daß die Ausnehmung 74 sich in axialer Richtung nicht bis zu den Stirnenden des Nutenrotors 56 erstreckt. Hierdurch ergibt sich auch eine erhöhte Verwirbelung des Brennstoff-Luft-Gemischs. Das Gemisch wird durch den Kompressionseffekt von jedem Stirnende des Nutenrotors aus in axialer Richtung zu dessen zentralen Teil hin beschleunigt. In Verbindung mit der durch den Eintritt der Rippe 76 in die Nut 60 bewirkten intensiven Verwirbelung in radialer Richtung und in Umfangsrichtung ergibt sich eine äußerst starke Gesamtverwirbelung, innerhalb der durch die Ausnehmung 74 gebildeten Brennkammer, wodurch eine rasche und vollständige Verbrennung erzielt wird.

Nach dem Durchlaufen des Scheitelpunktes im Eingriff der beiden Rotoren nimmt das Volumen der geschlossenen Arbeitskammer in einer dritten Arbeitsphase wieder zu. Die Stellung der Rotoren entsprechen in dieser Phase spiegelbildlich jenen der beiden erläuterten zweiten Arbeitsphase. Nachdem sich der Rippenrotor 54 vom Scheitelpunkt um etwa 18° weitergedreht hat, passiert die voreilende Flankenkante 70 der Nut 60 die zweite Schnittlinie 30 der Gehäusebohrungen. Bis zu diesem Zeitpunkt ist die Verbrennung praktisch beendet.

Die Arbeitskammer gelangt dann in eine vierte Arbeitsphase, die der schon erläuterten ersten Arbeitsphase entspricht und während der sich der Rippenrotor 54 um einen Winkel von etwa 87° in eine Stellung dreht, in welcher die nacheilende Flankenkante 72 der Nut 60 die zweite Schnittlinie 30 der Gehäusebohrungen passiert. Während dieser vierten Arbeitsphase nimmt das Volumen der Arbeitskammer kontinuierlich zu. Nach dem Vorbeigang der nacheilenden Flankenkante 72 an der zweiten Bohrungsschnittlinie 30 teilt sich die Arbeitskammer in zwei getrennte Kammern, von denen die eine vollständig durch die Nut 60 des Nutenrotors 56 und die andere zunächst durch den größten Teil des Rippenzwischenraums 78 des

ίο Rippenrotors 54 gebildet ist. Nach einer Weiterdrehung des Rippenrotors 54 um etwa 33° geht die nacheilende Flankenkante 70 an der achsfernen Zone 68 des Nutenstegs 58, der vorher in den Rippenzwischenraum 78 des Rippenrotors eingegriffen hat, an

¹S der zweiten Bohrungsschnittlinie 30 vorbei. Die danach gebildete Kammer des Rippenrotors 54 umfaßt das gesamte Volumen des Rippenzwischenraums 78. Nachdem dieses Volumen erreicht ist, gelangen die beiden durch die Nut 60 und den Rippenzwischenraum gebildeten Kammern in Verbindung mit den zugehörigen Auslaßkanälen 49 bzw. 51. Jeglicher in den Kammern noch verbliebener Überdruck bricht damit zusammen.

Der Rippenzwischenraum 78 und die Nut 60, welehe die beiden Auslaßkammern gebildet haben, kommen bei der Weiterdrehung der beiden Rotoren mit den zugehörigen Einlaßkanälen 40, 42 bzw. 44, 46 und den Spülluft-Auslaßkanälen 48, 50 in Verbindung. Über diese Kanäle strömt Spülluft unter Druck durch den Rippenzwischenraum 78 und die Nut 60, so daß diese gespült und mit einer neuen Ladung Frischluft gefüllt werden. Der Arbeitszyklus beginnt sodann von neuem. Die Kompressions- und Expansionsphasen der Maschine erstrecken sich jeweils über einen Drehwinkel von etwa 138° des Rippenrotors 54 und etwa 63° des Nutenrotors 56, was einem Drehwinkel des Rippenrotors von etwa 105° entspricht. Die Gasaustauschperiode der Maschine, d. h. die Periode, in welcher die Abgase abgeführt werden und die Rippenzwischenräume und Nuten gespült und mit Frischluft wieder aufgeladen werden, erstreckt sich über einen Drehwinkel des Rippenrotors 54 von etwa 204°, was einer Winkelerstreckung der Öffnungen der Ein- und Auslaßkanäle 40, 42 und 48 im Gehäuse 20 von etwa 122° entspricht. In der Praxis müssen jedoch expandierte, aber noch unter Druck stehende Abgase durch getrennte Abgasöffnungen 49 und 51 abgeführt werden, bevor die Rippenzwischenräume 78 und die Nuten 60 mit den Ein- und Auslaßkanälen 40,42 und 48 wieder in Verbindung gelangen Ansonsten würde das Abgas in die Einlaßkanäle 4( und 42 zurückgeblasen und die Spülung beeinträchtig werden. Die Winkelerstreckung der Ein- und Auslaß kanäle kann aus diesem Grunde auf etwa 105° ver mindert werden.

Die Gasaustauschperiode kann sich beim Nutenro tor über einen Drehwinkel von etwa 234° erstrecker Dies entspricht einer Drehung des Rippenrotors uri 390° und einer Winkelerstreckung der Ein- und Aus laßkanäle 44, 46 und 50 im Gehäuse von etwa 182° Hierdurch wird eine ausreichende Zeit und ein ausrei chender Raum zum wirksamen Spülen der Nuten 6 erhalten. Die Winkelerstreckung der Öffnungen de Ein- und Auslaßkanäle 44, 46 und 50 kann kleine als der verfügbare Winkel sein, um die für die Spü pumpe erforderliche Antriebskraft zu verminden ohne gleichzeitig die Spülwirkung herabzuse zen.

Der Rippenrotor 54 und der mit diesen zusammenwirkende Nutenrotor 56 können bei gegebenen Radien R₁₁ und R_A und gegebenem festen Achsabstand D₁ auf verschiedene Weise ausgebildet werden. Eine Vergrößerung der Winkelerstreckung der achsfernen Zonen 84 des Rippenrotors 54 ergibt beispielsweise eine Verkleinerung der Winkelerstreckung der achsfernen Zonen 68 des Nutenrotors 56 und umgekehrt. Wird die Winkelerstreckung der achsfernen Zonen 84 des Rippenrotors 54 geändert, so ändert sich der für die Öffnungen der Ein- und Auslaßkanäle 40, 42 und 48 erforderliche Winkel in doppeltem Ausmaß. Eine Änderung der Winkelerstreckung der achsfernen Zonen 84 des Rippenrotors beeinflußt außerdem die Fläche einer jeden Nut 60 des Nutenrotors, die im Scheitelpunkt des Eingriffs gegen die Gehäusestirnwände 32 und 34 hin offen ist, wobei die kleinste Winkeierstreckung für eine achsferne Zone 84 des Rippenrotors etwa 27° beträgt.

Wie vorstehend erläutert wurde, bedeckt die achsferne Zone 84 des Rippenrotors 54 die öffnung der Ausnehmung 74 des Nutenrotors 56 praktisch vollständig. Dies ist nicht nur hinsichtlich der geometrischen Gestaltung der Brennkammer vorteilhaft, sondern auch deshalb, weil die Oberfläche der achsfernen Zone 84 des Rippenrotors und in gleicher Weise die Oberfläche der Ausnehmung 74 niemals in Gleitberührung mit einem Abdichtungselement kommen, wie dies beispielsweise bei den Rippenflanken 80 und 82 der Fall ist. Die Oberflächen, welche die Brennkammern begrenzen, können deshalb mit einem wärmeisolierenden Überzug versehen werden, um die Wärmeverluste während des Verbrennungsvorgangs zu vermindern. Eine Vergrößerung der Umfangserstrekkung der achsfernen Zonen 84 des Rippenrotors 54 führt zu einer Verkleinerung des Verdrängungsvolumens der Maschine. Die Umfangserstreckung der achsfernen Zone sollte daher nicht zu groß sein. Für die Größe der Umfangserstreckung der achsfernen Zonen 84 sind auch noch andere Faktoren maßgebend wie beispielsweise die maschinelle Herstellbarkeit dieses Teils. Die dargestellte Ausführungsform stellt jedoch eine optimale Lösung hinsichtlich all dieser Faktoren dar.

Da das gesamte Verdrängungsvolumen der Maschine, das während einer Umdrehung des Rippenrotors 54 erhalten wird, sich in verhältnismäßig geringem Maße mit der Anzahl der Rippen 76 ändert, solange die Radien, die Längen und der Achsabstand der beiden Rotoren konstant gehalten werden, ist es wichtig, einen Rippenrotor 54 mit möglichst wenig Rippen 76 zu verwenden, damit das Verdrängungsvolumen eines Rippenzwischenraums 78 und einer mit diesem in Verbindung stehenden Nut 60 so groß wie möglich gehalten wird. Die Längenänderung der Dichtlinien der durch den Rippenzwischenraum und die Nut gebildeten Arbeitskammer kann dadurch auf einen Kleinstwert herabgesetzt werden, was von besonderer Wichtigkeit im Hinblick auf die Verminderung der Abdichtungsverluste ist. Um eine ausreichende Spülperiode zu erhalten, ist es jedoch notwendig, den Rippenrotor mit zumindest zwei Rippen 76 zu versehen. Vorzugsweise sollte jedoch die Anzahl der Rippen »drei« betragen.

Das Querschnittsprofil der Rippen 76 des Rippen rotors 54 ist im achsfernen Bereich im wesentlicher wellenförmig (vgl. Fig. 3), so daß in der achsferner Zone eine Zündkerze 96 vertieft gegenüber der äuße-

ίο ren Begrenzungslinie angeordnet werden kann. Andererseits kan eine Zündkerze 94 in der Nut des Nutenrotors 56 angeordnet werden, wobei diese in die in der achsnahen Zone angeordnete Ausnehmung ragt. Hierdurch wird die Gasverwirbelung gefördert Die Zündkerze selbst kann in einem kleinen Vor sprung innerhalb der Ausnehmung angeordnet wer den. Die Zündkerzen sind in den Fig. 1 und 2 dei Einfachheit halber nicht gezeigt. Desgleichen sine Kanäle für die Zirkulation von gasförmigem und flüs sigem Kühlmedium zum Inneren des Nutenrotors ir den Zeichnungen weggelassen.

Bei der Ausführungsform der Rotoren nach Fig. ' hat der Rippenrotor 98 zwei Rippen 100 mit Zwi schenräumen 102. Jede Rippe 100 weist zwei im we sentlichen konvexe Flanken 104 und 106 und ein« diese voneinander trennende achsferne Zone 108 auf die teilzylindrisch um die Achse 110 des Rippenrotor: 98 verläuft. Die Rippen 100 liegen kenntlich außer halb des Teilkreises 112 dieses Rotors und sind durcl· achsnahe Zonen 114 am Boden der Rippenzwischen räume 102 voneinander getrennt, die ebenfalls teilzy lindrisch zur Achse 110 des Rippenrotors 98 verlau fen. Der Nutenrotor 116 weist wie beim erster Ausführungsbeispiel fünf von Stegen 118 getrennt«

Nuten 120 auf. Jede Nut 120 hat zwei konkave Flan ken 122 und 124 und eine diese trennenden, zur Achs« 128 des Nutenrotors 116 teilzylindrische achsnaht Zone 132. Die Nuten 120 liegen gänzlich innerhalt des zugehörigen Rotorteilkreises 130 und sind durcl achsferne Zonen 126 an den Stegen 118 voneinandei getrennt, die wiederum teilzylindrisch zur Achse 12i des Nutenrotors 116 verlaufen. In der achsnahei Zone 132 jeder Nut 120 ist eine im wesentlichen teil kugelförmige Ausnehmung 124 vorgesehen, die teil

weise bis in die Nutflanken 122 und 124 reicht. Di« Ausnehmung 134 erstreckt sich ferner in axialer Rieh tung über einen mittleren Abschnitt des Nutenroton 116 und in radialer Richtung über einen Bruchteil de; Abstandes der ausnehmungsfreien achsnahen Zone von der Achse 128 des Nutenrotors 116 zu dieser hin Da die allgemeine Gestalt des Rippenrotors 9i

nach Fig. 4 von jener des Rippenrotors 54 nach der Fig. 1 und 3 abweicht, weichen auch die spezifischer

Drehwinkel bei dieser Ausführung von den oben füi den Rippenrotor 54 angegebenen ab, was bedeutet daß die Anordnung der öffnungen der Ein- und Aus laßkanäle der Maschine eine andere als bei der Ma schine nach den Fig. 1 und 3 ist, obwohl ihre prinzi pielle Anordnung die gleiche sein kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Parallel- und außenachsige Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff zwisehen einem Rippenrotor, dessen axial verlaufende Rippen im wesentlichen außerhalb seines Teilkreises liegen, und einem Nutenrotor, dessen axial verlaufende Nuten innerhalb seines Teilkreises liegen, innerhalb eines die Rotoren in sich schneidenden Bohrungen zwischen zwei Stirnwänden dichtend aufnehmenden Gehäuses mit von den Rotoren übersteuerbaren Ein- und Auslaßöffnungen, wobei die Nutenanzahi des Nutenrotors größer als die Rippenanzahl des Rippenrotors ist, die achsfernen Zonen der Rippen parallel zur Bohrungswandung verlaufen und die Rippenflanken über ihre gesamte Erstreckung von den achsfernen Zonen der Nutflanken erzeugt sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) der Schnittwinkel (α) der Gehäusebohrungen (24, 26) liegt zwischen 65° und 80°,

b) die Summe der Rippen (76, 100) des Rippenrotors (54, 98) und der Nuten (60,120) des Nutenrotors (56,116) ist kleiner als zehn, und die Anzahl der Nuten (60,120) des Nutenrotors (56,116) ist um eins bis drei größer als die Anzahl der Rippen (76,100) des Rippenrotors (54, 98),

c) die axiale Länge (L) der Rotoren (54, 56, 98, 116) beträgt mehr als 75% der Länge der Sehne ( C_A ) zwischen den achsfernen Zonen einer jeden Nut (60,120) des Nutenrohrs (56, 116),

d) die Nuten (60, 120) des Nutenrotors (56, 116) weisen im achsnahen Bereich (66,132) axial begrenzte Ausnehmungen (74, 134) auf, die vor den Stirnwänden des Gehäuses enden.

2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutenrotor (56, 116) fünf Nuten (60, 120) hat.

3. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Umfangserstreckung der achsfernen Zone einer Rippe (76, 100) des Rippenrotors (54, 98) zwischen 33% und 55% des Achsabstandes der Rotoren beträgt.

4. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (L) der Rotoren (54, 56, 98, 116) maximal 200% der Länge der Sehne (C,) zwischen den achsfernen Zonen einer jeden Nut (60, 120) des Nutenrotors (56, 116) beträgt.

5. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenrotor (54, 98) drei Rippen (76) aufweist und daß beide Rotoren im wesentlichen einen Durchmesser von der Größe des Teilkreisdurchmessers des Nutenrotors haben.

6. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zündkerzen (96) in mindestens einem der Rotoren im axial mittleren Bereich angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft eine parallel- und außenachsiee Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff zwischen einem Rippenrotor dessen S verlaufende Rippen im wesenthchen außerhalb seines Teilkreises liegen, und einem Nutenrotor dessen axial verlaufende Nuten innerhalb seines Teilkreises liegen, innerhalb eines die Rotoren in sich schneidenden Bohrungen zwischen zwei Stirnwänden dichtend aufnehmenden Gehäuses mit von den Rotoren übersteuerbaren Ein- und Auslaßoffnungen wobei die Nutenanzahl des Nutenrotors großer als die Rippenanzahl des Rippenrotors ist die achsfernen Zonen der Rippen parallel zur Bohrungswandung verlaufen und die Rippenflanken über ihre gesamte Erstreckung von den achsfernen Zonen der Nutflan-