DE2217247C3 - Parallel- und außenachsige Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff - Google Patents

Description

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 Art 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 dai 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 Rippenzwischenraunts des Rippenrotors möglichst groß sein sollten. Im Zusammenhang mit diesem Problem ist zunächst die Länge des Rippenrotors von sekundärer Bedeutung. Um jedoch 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 Nutenrotor acht Nuten auf. Sowohl die Summe der Rippen des Rippenrotors und der Nuten

ίο 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

'5 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 unmöglieh 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 Rippen 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 einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine. Außerdem erfüllt der bekannte Drehkolbenverdichter nicht die Voraussetzung, daß die Rippenflanken 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 Nutcnrotors 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 der Verbrennungsgase mit den Gehäusestirnwänden unmittelbar in Berührung kommen, und gestatten ir Verbindung mit der Kopfbreite der Rippen des Rippenrotors die Ausbildung besonders günstiger Brennraumformen mit möglichst großer Winkelerstreckung derselben in radialer Richtung. Ferner sind die Rippenflanken nahezu kreisförmig und nur in ihren achsnahen Bereichen von den achsfernen Zonen der Nutflanken erzeugt, wobei letztere erhebliche Abschnitte außerhalb des zugehörigen Teilkreises aufweisen und die Summe der Rippen des Rippenrotors und der Nu-

lcn des Nutenrotors zehn beträgt, was im Gegensatz st)wohl 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,

Fi g. 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 α, 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 zusammen wirkender 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. der 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 teillkugelige Ausnehmung 74, die sich bis in die anschließenden Nutflankcn 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 66 zur Achse des Nutenrotors beläuft sich

ίο auf etwa 50% des kleinsten Abstandes zwischen dem ausnehmungsfreien 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 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

ίο voneinander getrennt sind, die achsferne Zone 84 erstreckt sich über einen Winkel y von etwa 38*, so daß die Länge der Sehne C_R der achsfernen Zone etwa 0,75 R_n oder 0,4 D_c beträgt. Jeder Rippenzwischenraum 78 hat eine teilzylindrische achsnahe Zone 86, welche die Rippenflanken 80 und 82 miteinander verbindet. Das 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 56 folgen mit Spiel der Hüllkurve, die von einer jeden Rippe 76 des Rippenrotors 54 beschrieben wird, wenn sich dieser bei der Drehung der Rotoren in die betreffende Nut 60 hinein und aus dieser wieder 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 54 und eine Nut 60 des Nutenrotors 56 werden über die Einlaßkanäle 40,42 bzw. 44,46 mit Frischluft gefüllt. Bei der Drehung des Rippenrotors 54 und des Nutenrotors 56 werden die Rippenzwischenräume 78 und die Nuten 60 gegenüber den Einlaßkanälen 40, 42 bzw. 44, 46 außer Fluchtung gebracht, so daß eine Ladung von Frischluft darin eingeschlossen wird. Während der Weiterdrehung der Rotoren tritt der der aufgeladenen Nut 60 des Nutenrotors 56 voreilende Steg 58 in den mit Frischluft gefüllten Rippenzwischenraum 78 des Rippenrotors 54, und die Kompres-

sion der eingeschlossenen Luft beginnt. Nach einem Drehwinkel des Rippenrotors 54 von etwa 33° passiert die voreilende Flankenkante 70 der Nut 60 die Schnittlinie 28 der Gehäusebohrungen, so daß der Rippenzwischenraum 78 und die Nut 60 miteinander in Verbindung gelangen und nunmehr eine gemeinsame abgeschlossene Arbeitskammer bilden. In einer ersten Arbeitsphase wird die Arbeitskammer durch die einander zugekehrten Oberflächen des lUppenrotors 54 und des Nutenrotors 56, durch die Gehäuse-Stirnwände 32,34 und durch Teile der Mantelwände 36 und 38 begrenzt. Während dieser ersten Arbeitsphase wird Brennstoff durch die Düse 52 in diese Arbeitskammer eingespritzt. Das Volumen di:r Arbeits-

kammer nimmt kontinuierlich ab. Nach einer weiteren Nut 60tlie zweite Schnittlinie 30 der Gehäusebohrun-

Drehung des Rippenrotors 54 um etwa 87^U passiert gen passiert. Während dieser vierten Arbeitsphass

die nacheilende Flankenkante 72 der Nut 60, d. h. nimmt das· Volumen der Arbeitskammer kontinuier

die Flanke des nacheilenden Stegs 58 die Schnittlinie lieh zu. Nach dem Vorbeigang der nacheilenden Flan

28 der Gehäusebohrungen. Hiermit beginnt eine 5 kenkante 72 an der zweiten Bohrungsschnittlinie 3(

zweite Arbeitsphase, in der die geschlossene Arbeits- teilt sich die Arbeitskammer in zwei getrennte Kam

kammer nur durch die einander zugekehrten Flächen mern, von denen die eine vollständig durch die Nui

des Rippenrotors 54 und des Nutenrotors 56 sowie 60 des Nutenrotors 56 und die andere zunächst durch

die Gehäusestirnwände 32 und 34 begrenzt ist. wobei den größten Teil des Rippenzwischenraums 78 des

das Volumen der Arbeitskammer weiter kontinuier- io Rippenrotors 54 gebildet ist. Nach einer Weiterdre-

lieh abnimmt, bis nach einer Weiterdrehung des Rip- hung des Rippenrotors 54 um etwa 33° geht die nach-

penrotors 54 um etwa 18", wenn nämlich die Rippe eilende Flankenkante 70 an der achsfernen Zone 68

76 des Rippenrotors 54 in maximalem Eingriff mit des Nutenstegs 58, der vorher in den Rippenzwi-

der Nut 60 des Nutenrotors 56 steht, das kleinste Vo- schenraum 78 des Rippenrotors eingegriffen hat, ar

lumen erreicht ist. Während dieser zweiten Arbeits- 15 der zweiten Bohrungsschnittlinie 30 vorbei. Die da-

phase wird das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Ar- nach gebildete Kammer des Rippenrotors 54 umfaßt

beitskammer vorzugsweise mittels einer oder mehre- das gesamte Volumen des Rippenzwischenraums 78

rer Zündkerzen 94, 96 gezündet, die am Nutenrotor Nachdem dieses Volumen erreicht ist, gelangen die

56 und/oder am Rippenrotor 54 angeordnet sind, und beiden durch die Nut 60 und den Rippenzwischen-

zwar in der Ausnehmung 74 in der achsnahen Zone 2" raum gebildeten Kammern in Verbindung mit der

des Nutenrotors und/oder in der achsfernen Zone 84 zugehörigen Auslaßkanälen 49 bzw. 51. Jeglicher in

des Rippenrotors. In der Stellung des maximalen Ein- den Kammern noch verbliebener Überdruck brichl

griffs, d. h. also dem Scheitelpunkt des Eingriffs zwi- damit zusammen.

sehen der Rippe 76 des Rippenrotors und der Nut Der Rippenzwischenraum 78 und die Nut 60, wel-

60 des Nutenrotors ist mehr als 90% des Brennstoff- 25 ehe die beiden Auslaßkammern gebildet haben, kom-

Luft-Gemischs innerhalb des durch die Ausnehmung inen bei der Weiterdrehung der beiden Rotoren mil

74 begrenzten Raumes eingeschlossen. Jener Teil der den zugehörigen Einlaßkanälen 40, 42 bzw. 44, 46

Nut 60, der durch den der Ausnehmung 74 unmittel- und den Spülluft-Auslaßkanälen 48, 50 in Verbin-

bar gegenüberliegenden Teil der achsfernen Zone 84 dung. Über diese Kanäle strömt Spülluft unter Druck

des Rippenrotors abgeschlossen ist, umfaßt mehr als 30 durch den Rippenzwischenraum 78 und die Nut 60,

90% der üffnungsfläche der Ausnehmung 74. Hier- so daß diese gespült und mit einer neuen Ladung

durch wird eine sehr kurze konzentrierte Brennkam- Frischluft gefüllt werden. Der Arbeitszyklus beginnt

mer gebildet. In dieser Stellung der beiden Rotoren sodann von neuem. Die Kompressions- und Expan-

beträgt die l· lache jeder Gehäusestirnwand 32, 34, die sionsphasen der Maschine erstrecken sich jeweils über

der freien Fläche der Nut 60 zugekehrt ist. nur etwa 35 einen Drehwinkel von etwa 138° des Rippenrotors

4% der Gesamtfläche der Nut. Dies bedeutet, daß 54 und etwa 63° des Nutenrotors 56, was einem

die Gehäusestirnfläche 32, 34 gegen die heitSesten Drehwinkel des Rippenrotors von etwa 105° ent-

Verbrennungsgase gut abgeschirmt sind. Dieser gute spricht. Die Gasaustauschperiode der Maschine, d. h.

Abschirmeffekt beruht darauf, daß die Ausnehmung die Periode, in welcher die Abgase abgeführt werden

74 sich in axialer Richtung nicht bis zu den Stirnenden 40 und die Rippenzwischenräume und Nuten gespült und

des Nutenrotors 56 erstreckt. Hierdurch ergibt sich mit Frischluft wieder aufgeladen werden, erstreckt

auch eine erhöhte Verwirbelung des Brennstoff- sich über einen Drehwinkel des Rippenrotors 54 von

Luft-Gemischs. Das Gemisch wird durch den Korn- etwa 204°. was einer Winkelerstreckung der öffnun-

pressionseffekt von jedem Stirnende des Nutenrotors gen der Ein- und Auslaßkanäle 40, 42 und 48 im Ge-

aus in axialer Richtung zu dessen zentralen Teil hin 45 häuse20vonetwa 122° entspricht. In der Praxis müs-

beschleunigt. In Verbindung mit der durch den Ein- sen jedoch expandierte, aber noch unter Druck

tritt der Rippe 76 in die Nut 60 bewirkten intensiven stehende Abgase durch getrennte Abgasöffnungen 49

Verwirbelung in radialer Richtung und in Umfangs- und 51 abgeführt werden, bevor die Rippenzwischen-

richtung ergibt sich eine äußerst starke Gesamtver- räume 78 und die Nuten 60 mit den Ein- und Auslaß-

wirbelung, innerhalb der durch die Ausnehmung 74 5° kanälen 40,42 und 48 wieder in Verbindung gelangen,

gebildeten Brennkammer, wodurch eine rasche und Ansonsten würde das Abgas in die Einlaßkanäle 40

vollständige Verbrennung erzielt wird. und 42 zurückgeblasen und die Spülung beeinträchtigt

Nach dem Durchlaufen des Scheitelpunktes im werden. Die Winkelerstreckung der Ein-und Auslaß-Eingriff der beiden Rotoren nimmt das Volumen der kanäle kann aus diesem Grunde auf etwa 105° vergeschlossenen Arbeitskammer in einer dritten Ar- 55 mindert werden.

beitsphase wieder zu. Die Stellung der Rotoren ent- Die Gasaustauschperiode kann sich beim Nutenro- sprechen in dieser Phase spiegelbildlich jenen der bei- tor über einen Drehwinkel von etwa 234° erstrecken, den erläuterten zweiten Arbeitsphase. Nachdem sich Dies entspricht einer Drehung des Rippenrotors um der Rippenrotor 54 vom Scheitelpunkt um etwa 18° 390° und einer Winkelerstreckung der Ein- und Ausweitergedreht hat, passiert die voreilende Flanken- 60 laßkanäle 44,46 und 50 im Gehäuse von etwa 182°. kante 70 der Nut 60 die zweite Schnittlinie 30 der Hierdurch wird eine ausreichende Zeit und ein ausrei- Gehäusebohrungen. Bis zu diesem Zeitpunkt ist die chender Raum zum wirksamen Spülen der Nuten 60 Verbrennung praktisch beendet. erhalten. Die "Winkelerstreckung der Offnungen der

Die Arbeitskammer gelangt dann in eine vierte Ar- Ein- und Auslaßkanäle 44, 46 und 50 kann kleiner beitsphase, die der schon erläuterten ersten Arbeits- 65 als der verfügbare Winkel sein, um die für die Spülphase entspricht und während der sich der Rippenro- pumpe erforderliche Antriebskraft zu vermindern, tor 54 um einen Winkel von etwa 87° in eine Stellung ohne gleichzeitig die Spülwirkung herabzusetdreht, in welcher die nacheilende Flankenkante 72 der zen.

or

ίο

Der Rippenrotor 54 und der mit diesen zusammen- rung der Abdichtungsverluste ist. Um eine ausreiwirkende Nutenrotor 56 können bei gegebenen Ra- chende Spülperiode zu erhalten, ist es jedoch dien R_R und R_A und gegebenem festen Achsabstand notwendig, den Rippenrotor mit zumindest zwei Rip- D( auf verschiedene Weise ausgebildet werden. Eine pen 76 zu versehen. Vorzugsweise sollte jedoch die Vergrößerung der Winkelerstreckung der achsfernen 5 Anzahl der Rippen »drei« betragen. Zonen 84 des Rippenrotors 54 ergibt beispielsweise Das Querschnittsprofil der Rippen 76 des Rippeneine Verkleinerung der Winkelerstreckung der achs- rotors 54 ist im achsfernen Bereich im wesentlichen Fernen Zonen 68 des Nutenrotors 56 und umgekehrt. wellenförmig (vgl. Fig. 3), so daß in der achsfernen Wird die Winkelerstreckung der achsfernen Zonen 84 Zone eine Zündkerze 96 vertieft gegenüber der äußedes Rippenrotors 54 geändert, so ändert sich der für io ren Begrenzungslinie angeordnet werden kann. Andie öffnungen der Ein- und Auslaßkanäle 40, 42 und dererseits kan eine Zündkerze 94 in der Nut des Nu-48 erforderliche Winkel in doppeltem Ausmaß. Eine tenrotors 56 angeordnet werden, wobei diese in die Änderung der Winkelerstreckung der achsfernen Zo- in der achsnahen Zone angeordnete Ausnehmung nen 84 des Rippenrotors beeinflußt außerdem die ragt. Hierdurch wird die Gasverwirbelung gefördert. Fläche einer jeden Nut 60 des Nutenrotors, die im «5 Die Zündkerze selbst kann in einem kleinen VorScheitelpunkt des Eingriffs gegen die Gehäusestirn- sprung innerhalb der Ausnehmung angeordnet werwände 32 und 34 hin offen ist, wobei die kleinste den. Die Zündkerzen sind in den Fig. 1 und 2 der Winkelerstreckung für eine achsferne Zone 84 des Einfachheit halber nicht gezeigt. Desgleichen sind Rippenrotors etwa 27° beträgt. Kanäle für die Zirkulation von gasförmigem und flüs-

Wie vorstehend erläutert wurde, bedeckt die achs- ao sigem Kühlmedium zum Inneren des Nutenrotors in ferne Zone 84 des Rippenrotors 54 die öffnung der den Zeichnungen weggelassen. Ausnehmung 74 des Nutenrotors 56 praktisch voll- Bei der Ausführungsform der Rotoren nach Fig. 4 ständig. Dies ist nicht nur hinsichtlich der geometri- hat der Rippenrotor 98 zwei Rippen 100 mit Zwischen Gestaltung der Brennkammer vorteilhaft, son- schenräumen 102. Jede Rippe 100 weist zwei im wedern auch deshalb, weil die Oberfläche der achsfernen as sentlichen konvexe Flanken 104 und 106 und eine Zone 84 des Rippenrotors und in gleicher Weise die diese voneinander trennende achsferne Zone 108 auf, Oberfläche der Ausnehmung 74 niemals in Gleitbe- die teilzylindrisch um die Achse 110 des Rippenrotors rührung mit einem Abdichtungselement kommen, wie 98 verläuft. Die Rippen 100 liegen kenntlich außerdies beispielsweise bei den Rippenflanken 80 und 82 halb des Teilkreises 112 dieses Rotors und sind durch der Fall ist. Die Oberflächen, weiche die Brennkam- 30 achsnahe Zonen 114 am Boden der Rippenzwischenmern begrenzen, können deshalb mit einem wärme- räume 102 voneinander getrennt, die ebenfalls teilzyisolierenden Überzug versehen werden, um die War- lindrisch zur Achse 110 des Rippenrotors 98 verlaumeverluste während des Verbrennungsvorgangs zu fen. Der Nutenrotor 116 weist wie beim ersten vermindern. Eine Vergrößerung der Umfangserstrek- Ausführungsbeispiel fünf von Stegen 118 getrennte kung der achsfernen Zonen 84 des Rippenrotors 54 35 Nuten 120 auf. Jede Nut 120 hat zwei konkave Flanf ührt zu einer Verkleinerung des Verdrängungsvolu- ken 122 und 124 und eine diese trennenden, zur Achse mens der Maschine. Die Umfangserstreckung der 128 des Nutenrotors 116 teilzylindrische achsnahe achsfernen Zone sollte daher nicht zu groß sein. Für Zone 132. Die Nuten 120 liegen gänzlich innerhalb die Größe der Umfangserstreckung der achsfernen des zugehörigen Rotorteilkreises 130 und sind durch Zonen 84 sind auch noch andere Faktoren maßgebend 4° achsferne Zonen 126 an den Stegen 118 voneinander wie beispielsweise die maschinelle Herstellbarkeit getrennt, die wiederum teilzylindrisch zur Achse 128 dieses Teils. Die dargestellte Ausführungsform stellt des Nutenrotors 116 verlaufen. In der achsnahen jedoch eine optimale Lösung hinsichtlich all dieser Zone 132 jeder Nut 120 ist eine im wesentlichen teil-Faktoren dar. kugelförmige Ausnehmung 124 vorgesehen, die teil-

Da das gesamte Verdrängungsvolumen der Ma- 45 weise bis in die Nutflanken 122 und 124 reicht. Die

schine, das während einer Umdrehung des Rippenro- Ausnehmung 134 erstreckt sich ferner in axialer Rich-

tors 54 erhalten wird, sich in verhältnismäßig gerin- tung über einen mittleren Abschnitt des Nutenrotors

gern Maße mit der Anzahl der Rippen 76 ändert, 116 und in radialer Richtung über einen Bruchteil des

solange die Radien, die Längen und der Achsabstand Abstandes der ausnehrnungsfreien achsnahen Zone

der beiden Rotoren konstant gebalten werden, ist es 50 von der Achse 128 des Nutenrotors 116 zu dieser hin.

wichtig, einen Rippenrotor 54 mit möglichst wenig Da die allgemeine Gestalt des Rippenrotors 98

Rippen 76 zu verwenden, damit das Verdrängungsvo- nach Fig. 4 von jener des Rippenrotors 54 nach den

lumen eines Rippenzwischenraums 78 und einer mit Fig. 1 und 3 abweicht, weichen auch die spezifischen

diesem in Verbindung stehenden Nut 60 so groß wie Drehwinkel bei dieser Ausführung von den oben für

möglich gehalten wird. Die Längenänderung der 55 den Rippenrotor 54 angegebenen ab, was bedeutet,

Dichtlinien der durch den Rippenzwischenraum und daß die Anordnung der öffnungen der Ein- und Aus-

die Nut gebildeten Arbeitskammer kann dadurch auf laßkanäle der Maschine eine andere als bei der Ma-

einen Kleinstwert herabgesetzt werden, was von be- schine nach den Fig. 1 und 3 ist, obwohl ihre prinzi-

sonderer Wichtigkeit im Hinblick auf die Verminde- pielle Anordnung die gleiche sein kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Parallel- und außenachsige Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff zwischen 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 Nutenanzahl 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 (60,12Qi) 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^) zwischen den achsfernen Zonen einer jeden Nut (60, 120) des Nutenrotors (56,116),

d) die Nuten (60, 120) des Nmenrotors (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% de. Länge der Sehne (C₄) 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 außenachsige Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff zwischen 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 deu Roto-

jo ren übersteuerbaren Ein- und Auslaßöffnungen, wobei die Nutenanzahl 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.

Eine solche 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. Bs 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 Erstrekkung der Rippenzwischenräume und Nuten so groß wie möglich sein, was bedeutet, daß die Außendurchmesser der Rotoren im Verhältnis zu ihrem gegenseitigen Achsabstand möglichst groß ausgebildet sein müßten. Diese Beziehung hängt nach einem bekannten Cosinustheorem vom Schnittwinkel zwischen den Gehäusebohrungen ab.

Ferner beträgt die Fläche jeder von einem Rippen-Zwischenraum 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 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 einei bestimmten Beziehung zur Offnungssehne der Nuter des Nutenrotors, d. h. zum Abstand zwischen der Kanten der eine Nut begrenzenden Flanken Steher sollte. Die Öffnungssehne einer Nut sollte daher se