DE4436822A1 - Kreiskolbenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Rotationskolbenmaschinen und insbesondere Kreiskolbenmotoren, die eine erste und eine zweite Kolbenanordnung aufweisen, die für eine intermittierende Dre­ hung miteinander verbunden sind, wobei Kolben der angehaltenen Kolbenanordnung wenigstens während Teilen der Leistungs- und Ansaugphasen des Motorbetriebszyklus nachhängende Kolben auf­ weisen.

Ein herkömmlicher Hubkolbenverbrennungsmotor erzeugt Leistung durch Umwandlung von Wärmeenergie in eine mechanische Auf- und Abwärtsenergie von Kolben, die dann in Drehenergie umgewandelt wird, die die Antriebswelle antreibt. Allerdings bewirken Auf- und Abwärtsbewegungen von Kolben unnötige Energieverluste und unausgeglichene Kolbenbewegungen.

Ein aktuell auf dem Markt verfügbarer Kreiskolbenmotor, nämlich der Wankelmotor ist kompakt, weist ein geringes Gewicht auf, ist einfach ausgelegt und in der Lage, einen hohen Drehmo­ mentausgang zu erzeugen. Allerdings ist er aufgrund von inhä­ renten Motorauslegungsproblemen wie der Form des Kolbens und des Kolbengehäuses nicht kraftstoffeffizient.

Rotationsmotoren, die ein mit einer zylindrisch geformten Kam­ mer ausgebildetes Gehäuse aufweisen, in dem ein oder mehrere Kolbenpaare liegen, sind wohlbekannt. Solche Motoren sind bei­ spielsweise in den US-Patentschriften Nr. 4 901 694 (Sakita), 4 464 694 (Fawcett); 3 398 643 (Schudt); 3 396 632 (LeBlanc); 3 256 866 (Bauer) und 2 804 059 (Honjyo) gezeigt.

Bei den oben erwähnten Kreiskolbenmotoren liegt ein Problem darin, daß der Motor nicht kraftstoffeffizient ist, da die von dem folgenden oder nachhängenden Kolben verbrauchte Energie übermäßig hoch ist. Ein Hauptgrund des Energieverlusts bei sol­ chen Kreiskolbenmotoren aus dem Stand der Technik liegt darin, daß der folgende oder nachhängende Kolben während der Lei­ stungs- oder Vergrößerungsphase des Motorbetriebs in Vorwärts­ winkelrichtung hinterherhinkt. In der US-Patentschrift Nr. 5 133 317 vom vorliegenden Erfinder ist ein Getriebezug in der Verbindung der ersten und der zweiten Kreiskolbenanordnung auf­ genommen, der die Winkelbewegung der nachhängenden Kolben wäh­ rend der Leistungsphase des Motors minimiert. Allerdings wird der nachhängende Kolben bei keinem dieser Motoren aus dem Stand der Technik während der Leistungsphase des Motorbetriebs ange­ halten. Bei der vorliegenden Erfindung sieht die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Kolbenanordnung vor, daß die nachhängenden Kolben wenigstens während eines Teils der Leistungsphase zur weiteren Verbesserung des Motorenbetriebs und Motorwirkungsgrades angehalten wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Me­ chanismus zum Verbinden einer ersten, zweiten und dritten Welle für eine intermittierende Drehung der ersten und zweiten Welle und eine kontinuierliche Drehung der dritten Welle vorzusehen.

Ferner liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ei­ nen verbesserten Kreiskolbenmotor vorzusehen, der die oben er­ wähnten Probleme einer ineffizienten Energieausnutzung aufgrund einer Winkelbewegung folgender Kolben während der Leistungspha­ se des Motorbetriebs minimiert.

Weiter ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Getriebezug zur Verbindung von Rotationskolbenanordnungen von Kreiskolben­ motoren vorzusehen, der gewährleistet, daß die nachhängenden Kolben während der Leistungsphase des Motorbetriebs stationär bleiben.

Darüberhinaus liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Paar von Zahnrädern vorzusehen, die zu jeder Zeit in Eingriff ste­ hen, aber so geformt sind, daß sie die Rotation eines Zahnrades zulassen, während das andere stationär bleibt.

Die vorliegende Erfindung umfaßt Differentialmittel mit einer ersten und zweiten Eingangswelle sowie einem Ausgang zusammen mit einem ersten und zweiten nicht kreisförmigen Zahnradsatz. Jeder der ersten und zweiten Zahnradsätze umfaßt miteinander kämmende, allgemein tränentropfen- und herzförmige Zahnräder. Die allgemein tränentropfenförmigen Zahnräder sind mit einer Spitze ausgebildet, und die allgemein herzförmigen Zahnräder sind mit einer Ausnehmung ausgebildet, in die während der Rota­ tion der Zahnradsätze die Spitze des zugehörigen tränentropfen­ förmigen Zahnrades eingreifen kann. Der Differentialausgang ist über einen dritten Zahnradsatz wie einen kreisförmigen Zahnrad­ satz mit einer Ausgangswelle verbunden. Die herzförmigen Zahn­ räder sind an der Ausgangswelle befestigt, deren Rotationsachse sich durch die in den herzförmigen Zahnrädern gebildete Ausneh­ mung erstreckt. Jedesmal, wenn die Spitze des tränentropfenför­ migen Zahnrades in die Ausnehmung in dem zugehörigen herzförmi­ gen Zahnrad eingreift, wird das tränentropfenförmige Zahnrad an der Drehung gehindert. Die tränentropfenförmigen Zahnräder des ersten und des zweiten Zahnradsatzes sind mit der ersten bzw. zweiten Differentialeingangswelle verbunden. Der neue Mechanis­ mus ist in einem Kreiskolbenmotor enthalten, der ein zylin­ drisch geformtes Gehäuse aufweist, das eine zylindrische Ar­ beitskammer bildet, in der sich eine erste und eine zweite Kol­ benanordnung um die Zylinderachse drehen. Jede Kolbenanordnung umfaßt ein oder mehrere Paare von diametral entgegengesetzten Kolben, die die Kammer in mehrere Paare von diametral entgegen­ gesetzten Unterkammern unterteilen. Umfaßt jede Kolbenanordnung ein einziges Paar von diametral entgegengesetzten Kolben, dann sind vier Unterkammern vorgesehen. Die erste und zweite Kolben­ anordnung ist mit der ersten bzw. zweiten Eingangswelle der Differentialeinrichtung für eine Drehung in der gleichen Rich­ tung verbunden. Mit einer vollständigen Umdrehung der Kolbenan­ ordnungen werden bei einem Vierkolbenmotor vier komplette Mo­ torbetriebszyklen vollendet, und bei einem Achtkolbenmotor wer­ den acht komplette Motorbetriebszyklen vollendet, wobei jeder Betriebszyklus Leistungs-, Auslaß-, Ansaug- und Verdichtungs­ phasen umfaßt. Durch die Verbindung zwischen der ersten und zweiten Kolbenanordnung ergibt sich eine intermittierende Rota­ tion jeder Kolbenanordnung derart, daß nachhängende Kolben we­ nigstens während eines Abschnitts der Leistungsphase des Motor­ betriebs vollständig angehalten werden. Die Zähne an den trä­ nentropfenförmigen Zahnrädern können Walzen aufweisen, die mit Zähnen an dem zugehörigen herzförmigen Zahnrad in Eingriff ge­ langen können. Die Kolben können auch mit einer Vertiefung in der Kolbenfläche ausgebildet sein, in der eine Zündkerze liegt. Die Luft zur Verbrennung kann dem Motor durch einen von ihm an­ getriebenen Kreiskolbenverdichter geliefert werden.

Die obengenannten und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfin­ dung sind besser aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen zu verstehen. Man wird verstehen, daß die Zeichnungen nur Veranschaulichungszwecken dienen und die Erfindung nicht einschränken. In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile in verschiedenen An­ sichten zeigen, sind

Fig. 1 eine isometrische Explosionsansicht eines Kreiskol­ benmotors, der die vorliegende Erfindung verkörpert, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 eine vergrößerte isometrische Explosionsansicht der in dem Motor aufgenommenen ersten und zweiten Kolbenanordnung, teilweise im Schnitt;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht im wesentlichen längs der Linie 3-3 von Fig. 1;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht im wesentlichen längs der Linie 4-4 von Fig. 1;

Fig. 5 eine schematische Veranschaulichung der getrennten Funktionen innerhalb der Motorkammer;

Fig. 6 eine vereinfachte Ansicht des Kreiskolbenmotors von Fig. 1 im Seitenaufriß;

Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 7-7 von Fig. 6;

Fig. 8a bis 8D schematische Veranschaulichungen einer Ab­ folge von Betriebspositionen des Motors;

Fig. 9 ein Diagramm, das die Drehzahl gegen die Zeit der in der Verbindung der Kolbenanordnungen enthaltenen Differen­ tialein- und -ausgänge zeigt;

Fig. 10 eine Ansicht ähnlich von Fig. 7, die aber eine mo­ difizierte Form eines Zahnradsatzes zeigt, der Walzen umfaßt und die zusammenwirkenden Zahnräder in anderen Drehpositionen als in Fig. 7 zeigt;

Fig. 11 eine vergrößerte Teilansicht längs der Linie II-II von Fig. 10;

Fig. 12 eine diagrammatische Veranschaulichung, die eine modifizierte Form von Kolbenanordnungen zeigt, in denen Zünd­ kerzen in in den Kolbenflächen ausgebildeten Ausnehmungen ge­ halten werden;

Fig. 13 eine diagrammatische Veranschaulichung, die einen Rotationsmotor des in Fig. 1-9 gezeigten Typs zeigt, der durch einen von dem Motor angetriebenen Verdichter mit Luft zur Ver­ brennung versorgt wird;

Fig. 14 eine seitliche Aufrißansicht des in Fig. 13 ge­ zeigten Verdichters zusammen mit einem Teil der Kopplungsmittel zum Antrieb des Verdichters durch den Motor;

Fig. 15 ein Diagramm, das die Winkelposition der Motorkol­ ben gegen die Zeit zeigt; und

Fig. 16 ein Diagramm, das die Winkelposition der Ver­ dichterkolben gegen die Zeit zeigt.

Nun wird auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen, wo ein Mo­ tor 20 mit einem stationären Gehäuse 22 gezeigt ist, das eine zylindrische Bohrung aufweist, die an entgegengesetzten Enden durch Endplatten 24 und 26 geschlossen ist, die daran z. B. durch Bolzen oder andere nicht gezeigte, geeignete Mittel befe­ stigt sind, um eine zylindrische Arbeitskammer zu bilden. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Motor ist die Arbeitskammer durch Kol­ ben, die in der ersten und zweiten Kolbenanordnung 30 bzw. 32 enthalten sind, in ein erstes und ein zweites Paar von diame­ tral entgegengesetzten Unterkammern unterteilt. Aus Fig. 2 ist auch zu ersehen, daß die Kolbenanordnung 30 ein Paar diametral entgegengesetzter Kolben 30A und 30B umfaßt und die Kolbenan­ ordnung 32 ein Paar diametral entgegengesetzter Kolben 32A und 32B umfaßt. Der Motorzylinder und die Kolben sind auch in Fig. 3 und 4 der Zeichnungen gezeigt.

Die Kolben 30A und 30B sind an zugewandten Enden der rohrförmi­ gen Kolbenwellenabschnitte 36A bzw. 36B an Naben 34A und 34B befestigt. Die Wellenabschnitte 36A und 36B sind zusammen mit den zugehörigen Naben 34A und 34B für eine Drehung um die Achse der zylindrischen Bohrung in dem Gehäuse 22 über geeignete, nicht gezeigte Lagermittel durch Endplatten 24 bzw. 26 ge­ stützt. Die Naben 34A und 34B liegen in an den Innenwänden der Endplatten ausgebildeten Ausnehmungen. Eine innere Kolbenwelle 38 ist in den rohrförmigen Wellenabschnitten 36A und 36B dreh­ bar gelagert und erstreckt sich durch diese. Die Kolben 32A und 32B der zweiten Kolbenanordnung 32 sind an diametral entgegen­ gesetzte Positionen an der inneren Kolbenwelle 38 befestigt. Die Welle 38 kann einschließlich des Abschnitts 38A, an dem die Kolben 32A und 32B angebracht sind, in miteinander in Eingriff bringbaren Abschnitten ausgebildet sein, um den Zusammenbau zu erleichtern, wobei diese Wellenabschnitte in dem veranschau­ lichten, in Eingriff stehenden Zustand als eine Einheit drehen. Die Kolbenanordnungen 30 und 32 sind um eine gemeinsame Achse 40 drehbar und drehen sich im Betrieb in der gleichen Richtung, wie dies durch Pfeile 42 angegeben sind. Gegenhaltende Einweg­ kupplungsmittel 44 und 46 an dem rohrförmigen Wellenabschnitt 36B bzw. der inneren Kolbenwelle 38 verhindern eine Drehung der Kolbenanordnungen in Richtung gegen den Pfeil 42. Alle geeigne­ ten Einwegkupplungen wie Freilaufkupplungen können zum Verhin­ dern einer solchen Rückwärtsdrehung verwendet werden.

Die Arbeitskammer ist durch vier keilförmige Kolben 30A, 30B, 32A und 32B in zwei Paare diametral entgegengesetzter Unterkam­ mern unterteilt. Es wird deutlich, daß sich jede Kolbenanord­ nung abwechselnd dreht und anhält, so daß nachhängende Kolben wenigstens während eines Teils der Leistungs- und Ansaugphasen des Motorbetriebs stationär sind, und daß zwischen angrenzenden Kolben Unterkammern mit periodisch variablem Volumen vorgesehen sind. Die Abdichtung der Unterkammern zum Verhindern einer Gasströmung dazwischen wird durch alle geeigneten Mittel wie z. B. gerade Dichtmittel 48 entlang der inneren konkaven Flächen 30A und 30B bereitgestellt, die an der inneren Kolbenwelle 38A angreifen. Allgemein U-förmige Dichtmittel 50 erstrecken sich entlang der äußeren konvexen Flächen der Kolben 30A und 30B so­ wie entlang ihrer entgegengesetzten Enden zum dichtenden Ein­ griff zwischen den Kolben und den Zylinderwänden. Ebenso er­ strecken sich allgemein U-förmige Dichtmittel 52 entlang der äußeren konvexen Flächen der Kolben 32A und 32B sowie entlang ihrer entgegengesetzten Enden zum dichtenden Eingriff zwischen diesen Kolben und Zylinderwänden.

In Fig. 1 ist zu sehen, daß das Motorgehäuse 22 mit einer Aus­ laßöffnung 54 versehen ist, der in Richtung des Kolbengangs ei­ ne Einlaßöffnung 56 folgt. Als nächstes ist in Richtung des Kolbengangs eine Kraftstoffeinspritzdüse 58 vorgesehen, die mit einer Kraftstoffquelle verbunden ist und durch die nach dem An­ saugen von Luft durch die Einlaßöffnung 56 Düsenkraftstoff in die Unterkammern eingespritzt wird. Schließlich ist eine Zünd­ einrichtung 60 wie eine Zündkerze zum Zünden des in der Unter­ kammer enthaltenen, verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches vor­ gesehen.

Bei dem veranschaulichten Vierkolbenmotor ist die Betriebskam­ mer in vier Unterkammern unterteilt. Unter Bezug auf Fig. 5 finden die Leistungs- und Auslaßphasen des Motorbetriebs wäh­ rend der durch den Pfeil 62 mit zwei Spitzen identifizierten Kolbenwinkelbewegung statt, und die Ansaug- und Verdichtungs­ phasen finden während der durch den Pfeil 64 mit zwei Spitzen identifizierten Kolbenwinkelbewegung statt. Man wird sehen, daß alle Motorbetriebsphasen über Kolbenwinkelbewegungen von etwas weniger als 180 Grad stattfinden. D.h., im wesentlichen eine Hälfte der Motorarbeitskammer wird alleine für Ansaug- und Ver­ dichtungsfunktionen verwendet, und die anderen Hälfte wird im wesentlichen alleine für Leistungs- und Auslaßfunktionen ver­ wendet.

Der bis jetzt beschriebene Motor kann im wesentlichen die glei­ che Auslegung aufweisen, die in der US-Patentschrift Nr. 5 133 317 von dem vorliegenden Erfinder gezeigt ist, wobei deren ge­ samter Inhalt hier speziell als Bezug aufgenommen sind. Eine neue Verbindungseinrichtung, die allgemein durch die Bezugszif­ fer 66 identifiziert ist, zur wirksamen Verbindung der ersten und der zweiten Kolbenanordnung 30 und 32 mit einer Motoraus­ gangswelle 68 dient und die Kolbenordnungen mit einer intermit­ tierenden Drehung versieht, wird nun unter Bezug auf Fig. 1 und 6 der Zeichnungen beschrieben.

Bei der in Fig. 1 und 6 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Verbindungseinrichtung 66 zwei Paare von kreisförmigen Zahnradsätzen 70 und 72, zwei Paare von nicht kreisförmigen Zahnradsätzen 74 und 76, eine Differentialein­ richtung 78 sowie einen Zahnradsatz 80, der zu Veranschauli­ chungszwecken einen kreisförmigen Zahnradsatz aufweist. Es wird deutlich, daß der Zahnradsatz 80 gegebenenfalls ein Paar nicht kreisförmiger Zahnräder wie elliptoider Zahnräder aufweisen kann. Die Suffixe A und B sind zur Identifizierung getrennter Zahnräder der Zahnradpaare verwendet. Das Zahnrad 70A des Zahn­ radsatzes 70 ist über die äußere Kolbenwelle 36B mit der Kol­ benanordnung 30 verbunden, und das Zahnrad 72A des Zahnradsat­ zes 72 ist über die innere Kolbenwelle 38 mit der anderen Kol­ benanordnung 32 verbunden. Für den veranschaulichten Vierkol­ benmotor sind die kreisförmigen Zahnradpaare 70 und 72 mit ei­ nem Übersetzungsverhältnis von 1 : 2 versehen, wobei die Zahnrä­ der 70B und 72B zwei vollständige Umdrehungen für jede voll­ ständige Umdrehung der Kolbenwellen 36B bzw. 38 durchmachen.

Die kreisförmigen Zahnräder 70B und 72B sind an rohrförmigen Wellen 82 bzw. 84 befestigt, die an einer Sternwelle 86 des Differentials 78 drehbar gelagert sind. Die Sternwelle 86, die zu Beschreibungszwecken auch als Differentialausgang definiert ist, ist durch geeignete, nicht gezeigte Lager zur Drehung um die Achse 88 gestützt, die sich parallel zu der Kolbenwel­ lenachse 40 erstreckt. Die Motorausgangswelle 68 ist ebenfalls durch geeignete, nicht gezeigte Lager zur Drehung um die Achse 90 gestützt, die sich parallel zu der Kolbenwellenachse 40 und der Sternwellenachse 88 erstreckt. An der rohrförmigen Welle 82 sind ein tränentropfenförmiges Zahnrad 74A des nicht kreisför­ migen Zahnradsatzes 74 und das Endzahnrad 78A des Differentials 78 zur gleichzeitigen Rotation mit dem Zahnrad 70B befestigt. Ebenso sind an der rohrförmigen Welle 84 das tränentropfenförmi­ ge Zahnrad 76A des nicht kreisförmigen Zahnradsatzes 76 und das Endzahnrad 78B des Differentials 78 zur gleichzeitigen Drehung mit dem Zahnrad 72B befestigt. Zu Beschreibungszwecken sind die Wellen 82 und 84, an denen die Differentialendzahnräder 78A und 78B befestigt sind, als Differentialeingänge definiert.

Das Differential 78 kann jeden herkömmlichen Typ aufweisen, so das veranschaulichte Kegelraddifferential, das außer den End- oder Planetenrädern 78A und 78B die Stern- oder Planetenräder 78C und 78D umfaßt, die an der Sternquerwelle 78E drehbar gela­ gert sind. Die Sternzahnräder 78C und 78D kämmen mit den End­ zahnrädern 78A und 78B. Die Beziehung zwischen der Drehung der Planetenräder 78A und 78B oder den Differentialeingängen und der Sternwelle 86 oder dem Differentialausgang des Differenti­ als 78 ist wie folgt:

= (x + y)/2 (1)

worin:
die Drehzahl der Sternwelle 86 ist,
x die Drehzahl des Planetenrades 78A, und
y die Drehzahl des Planetenrades 78B.

Während des Motorbetriebs werden die Planetenräder 78A und 78B intermittierend an der Drehung gehindert. Aus der Gleichung (1) ist zu ersehen, daß sich die Sternwelle 86 mit der doppelten Drehzahl des rotierenden Planetenrades dreht, wenn eines der Planetenräder stationär ist. Drehen sich beiden Planetenräder mit der gleichen Geschwindigkeit, dann dreht sich auch die Sternwelle mit dieser Geschwindigkeit, wobei keine Relativbewe­ gung zwischen den Planetenräder und der Sternwelle stattfindet. Die gegenhaltenden Einwegkupplungen 44 und 46 begrenzen die Drehung der Planetenräder 78A und 78B und der tränentropfenför­ migen Zahnräder 74A und 76A auf eine Richtung, die durch die in Fig. 1 zu sehenden Pfeile 42 gezeigt ist.

Nun wird Bezug auf Fig. 7 genommen, wo der neue, nicht kreis­ förmige Zahnradsatz 74 im einzelnen gezeigt ist. Die nicht kreisförmigen Zahnradsätze 74 und 76 sind gleich ausgelegt, so daß nur einer im einzelnen beschrieben werden bracht. In Fig. 7 ist der Zahnradsatz 74 in der in Fig. 1 und 6 veranschaulichten Position gezeigt, die um 180 Grad außer Phase mit dem Zahnrad­ satz 76 liegt. Im folgenden wird deutlich, daß der Grad der Ro­ tationsphasenverschiebung der Zahnradsätze 74 und 78 während des Motorbetriebs kontinuierlich variiert. Aus der Sicht von Fig. 7 drehen sich die Zahnräder 74A und 74B in Richtung der Pfeile 94 bzw. 96.

Das tränentropfenförmige Zahnrad 74A ist zu Veranschaulichungs­ zwecken mit einem tränentropfenförmigen Körper gezeigt, der mit sich am Umfang nach außen erstreckenden Getriebezähnen gezeigt ist. Das herzförmige Zahnrad 74B ist mit einem herzförmigen Körper gezeigt, der mit sich nach außen erstreckenden Getriebe­ zähnen zum Eingriff mit Getriebezähnen des tränentropfenförmi­ gen Zahnrades ausgebildet ist. Jedes Zahnrad ist mit der glei­ chen Zahl von Zähnen versehen, wodurch während des Betriebs der Zahnräder die gleichen Zähne ineinander eingreifen.

Die Zahnräder 74A und 74B sind mit Kreisbogenabschnitten mit dem Radius r bzw. 2r zu den Zahnradwälzlinien ausgebildet, die durch die Pfeile 100 bzw. 102 mit zwei Köpfen identifiziert sind, wobei Teile der Wälzlinien 100A und 102A in der Zeichnung in gestrichelten Linien gezeigt sind. Bei einem 1:2-Geschwin­ digkeits- oder Übersetzungsverhältnis wird deutlich, daß der Kreisbogenabschnitt des Zahnrades 74A zweimal so groß wie der Kreisbogenabschnitt des Zahnrades 74B ist. Nur als Beispiel können sich die Kreisbogenabschnitte 100 und 102 über 200° bzw. 100° erstrecken.

An entgegengesetzten Enden des Kreisbogenabschnitts 102 ist ein herzförmiges Zahnrad 74B mit allgemein spiralförmigen spiegel­ bildlichen Abschnitten ausgebildet, die eine Ausnehmung bilden, wo sich die spiralförmigen Abschnitte schneiden. Die Rotati­ onsachse 90 des herzförmigen Zahnrades erstreckt sich entlang der Ausnehmung außerhalb des Körpers des Zahnrades zwischen ei­ nem Paar angrenzender Getriebezähne 104A und 104B. Bei der ver­ anschaulichten Anordnung ist die Welle 68 in Abschnitten ausge­ bildet, deren Enden an den herzförmigen Zahnrädern befestigt sind, wodurch ein Zugang zum Zahneingriff an der Ausnehmung mit Zähnen an dem tränentropfenförmigen Zahnrad vorgesehen ist. Die Spitze, oder das spitze Ende des tränentropfenförmigen Zahnra­ des 74A ist mit einem Zahn 106 versehen, der zum Eingriff mit den Zähnen 104A und 104B an dem herzförmigen Zahnrad geeignet ist, was in Fig. 7 zu sehen ist. Ist der Zahn 106 zwischen an­ grenzenden Zähnen 104A und 104B positioniert, dann ist zu se­ hen, daß das herzförmige Zahnrad 74B um die Achse 90 drehbar ist, während das tränentropfenförmige Zahnrad 74A an einer Dre­ hung um die Achse 88 gehindert wird. Hier ist zu bemerken, daß die Welle 68 statt einer Ausbildung in an den herzförmigen Zahnrädern angebrachten Abschnitten mit versetzten Abschnitten an den Zahnrädern versehen oder mit Kerben oder Vertiefungen an den Zahnrädern ausgebildet sein kann, um die Getriebezähne dort unterzubringen.

Der Betrieb des neuen Motors dieser Erfindung ist am besten un­ ter Bezug auf Fig. 8A-8D und 9 zu versehen. Zunächst wird auf Fig. 8A-8D Bezug genommen, wo sequentielle Betriebspositionen der Motorkolben und der nicht kreisförmigen Zahnradsätze 74 und 76 schematisch veranschaulicht und Funktionen der vier Motorun­ terkammern in Form eines Diagramms identifiziert sind. Die Un­ terkammern zwischen angrenzenden Kolben sind durch die Buchsta­ ben A, B, C und D identifiziert. Im Motorschema liegt die Zünd­ kerze an das Oberteil des Motorgehäuses angrenzend, und die Zündkerze, die Auslaß- und Einlaßöffnungen sowie die Kraftstof­ feinspritzdüse liegen in den gleichen Relativpositionen, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist. Beim veranschaulichten Mo­ torbetrieb wird Kraftstoff während der Verdichtungsphase einge­ spritzt. Der Kraftstoff kann alternativ am Ende der Verdich­ tungsphase an dem mit "Zündung" bezeichneten Punkt eingespritzt werden. Darüberhinaus kann der Motor durch die Einlaßöffnung mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch versorgt werden, wobei in diesem Fall keine Kraftstoffeinspritzmittel erforderlich sind. Unabhängig von der Art und dem Zeitpunkt des Einbringens von Kraftstoff in die Unterkammern oder der Art der Zündung veran­ schaulichen Fig. 8A bis 8D den Motorbetrieb, wobei die nachhän­ genden Kolben wenigstens während eines Teils der Vergrößerungs- und Ansaugphasen an der Drehung gehindert werden, um den Be­ triebswirkungsgrad des Motors zu verbessern.

Die Kolbenanordnungen und die nicht kreisförmigen Zahnradsätze sind in jeder Zeichnung 8A bis 8d in fünf verschiedenen Posi­ tionen gezeigt, die mit 1 bis 5 bezeichnet sind. Die Zeichnun­ gen von Fig. 8A bis 8D zeigen zusammen Winkelpositionen der Kolbenanordnungen und der nicht kreisförmigen Zahnradsätze 74 und 76, die während einer vollständigen Umdrehung der Kolbenan­ ordnungen auftreten. Da die nicht kreisförmigen Zahnradsätze über kreisförmige Zahnradpaare 70 und 72 mit einem 1 : 2-Über­ setzungsverhältnis mit den Kolbenanordnungen verbunden sind, vollenden die nicht kreisförmigen Zahnräder für jede Umdrehung der Kolbenanordnungen zwei Umdrehungen. Die Ausgangswelle 68 vollendet ebenfalls zwei Umdrehungen für jede Umdrehung der Kolbenanordnungen.

An der Position 1 von Fig. 8A findet die Zündung in der Unter­ kammer A zwischen den Kolben 30A und 32A statt, wenn die Unter­ kammer A im wesentlichen auf ihrem kleinsten Volumen liegt, die Verdichtung beginnt in der Unterkammer B, Luft beginnt, durch die Einlaßöffnung 56 in die Unterkammer C angezogen zu werden, und der Auslaß der verbrauchten Gase durch die Auslaßöffnung 54 beginnt an der Unterkammer D. Die jeweils in den Unterkammern A, B, C und D stattfindenden Leistungs-, Verdichtungs-, Ansaug- und Auslaßphasen fahren von Position 1 bis zur Position 5 der Kolbenanordnungen fort, wie dies in Fig. 8A gezeigt ist. Der Kraftstoff wird in die Unterkammer B an einem bestimmten Punkt im Kolbengang eingespritzt, während dem die Kraftstoffein­ spritzdüse 58 mit der Unterkammer B in Verbindung steht. Wie oben erwähnt, wird an andere Mittel zur Versorgung des Motors mit Kraftstoff gedacht.

An der Position 1 von Fig. 8A ist das augenblickliche Geschwin­ digkeits- oder Übersetzungsverhältnis für beide Zahnradsätze 74 und 76 1, und die Zahnräder beider Sätze rotieren mit der glei­ chen Drehzahl. In Fig. 9, auf die nun ebenfalls Bezug genommen wird, ist ein Graph gezeigt, der die Drehzahlen der Zahnräder 74A, 76A und der verbundenen Zahnräder 74B und 76B gegen die Zeit für einen Motor angibt, der mit einer konstanten Ausgangs­ drehzahl S/2 arbeitet. In Fig. 9 ist die Drehzahl der tränen­ tropfenförmigen Zahnräder 74A und 76A durch die Bezugszeichen 74A-S bzw. 76A-S identifiziert, und die Drehzahl der an der Mo­ torausgangswelle 68 befestigten herzförmigen Zahnräder 74B und 76B ist durch das Bezugszeichen 68-S identifiziert. In Fig. 9 ist zu sehen, daß die tränentropfenförmigen und herzförmigen Zahnräder zu einem Zeitpunkt t₀ in Drehung mit einer Drehzahl von S/2 gezeigt sind. In Fig. 8A-8D sind die Zeiten t₀-t₁₆ gezeigt, die den Zeiten t₀-t₁₆ in Fig. 9 entsprechen.

Während des Laufs von Position 1 zu Position 2 von Fig. 8A steigt das Geschwindigkeitsverhältnis des Zahnradsatzes 74 von 1 auf 2 während das Geschwindigkeitsverhältnis des Zahnradsat­ zes 76 von 1 auf 0 abnimmt. Zu dem Zeitpunkt t₁ ist der Zahn­ radsatz 74 in eine Position gedreht gezeigt, wo Kreisbogenab­ schnitte der Zahnräder 74A und 74B anfänglich in Eingriff ge­ bracht werden, um das Geschwindigkeitsverhältnis 2 vorzusehen. Gleichzeitig ist gezeigt, daß der Zahnradsatz 76 in eine Posi­ tion gedreht ist, in der die Spitze des tränentropfenförmigen Zahnrades 76a anfänglich in die Ausnehmung in dem herzförmigen Zahnrad 76B eingreift, wodurch es die Drehung des tränentrop­ fenförmigen Zahnrades 76A anhält. Die Drehung der tränentrop­ fenförmigen Zahnräder 74A und 76A mit der Drehzahl S bzw. bei Nulldrehzahl zum Zeitpunkt t₁ ist in Fig. 9 gezeigt. Diese Drehzahlen werden vom Zeitpunkt t₁ bis zum Zeitpunkt t₃, wäh­ rend des Laufs von der Position 2 zur Position 4 von Fig. 8A aufrechterhalten. Wie in Fig. 8A zu sehen ist, sind der nach­ hängende Kolben 32A der Vergrößerungsunterkammer A und der nachhängende Kolben 32B der Ansaugunterkammer C während des Zeitraums zwischen t₁ und t₃ stationär. Indem der nachhängende Kolben 32A wenigstens während eines Teils der Vergrößerungspha­ se angehalten wird, wird der Motorwirkungsgrad gegenüber den Kreiskolbenmotoren des Standes der Technik verbessert, bei de­ nen sich der nachhängende Kolben während der gesamten Vergröße­ rungsphase weiterbewegt. Zusätzlich ist zu bemerken, daß der führende Kolben 32B während eines Teils der Motorvergrößerungs­ phase vom Zeitpunkt t₁ bis zum Zeitpunkt t₃ über den Zahnrad­ satz 74 mit der Ausgangswelle 68 verbunden ist, wobei diese Zahnräder während dieser Zeit ein Geschwindigkeitsverhältnis von 2 aufweisen. Wie oben erwähnt beträgt das Geschwindigkeits­ verhältnis des Zahnradsatzes 74 während anderer Teile der Ver­ größerungsphase zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁ sowie zwi­ schen den Zeitpunkten t₃ und t₄ weniger als 2. Wie in Fig. 9 zu sehen ist, nimmt die Drehzahl 74A-S des tränentropfenförmigen Zahnrades 74A von S bis 5/2 zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ ab. Gleichzeitig nimmt die Drehzahl 76A-S des tränentropfenför­ migen Zahnrades 76A zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ von Null auf 5/2 zu.

In Fig. 8B, auf die nun Bezug genommen wird, entspricht die Po­ sition 1 der Position 5 von Fig. 8A zum Zeitpunkt t₄. Der Be­ trieb geht auf ähnliche Weise weiter, wie er oben unter Bezug auf Fig. 8A beschrieben wurde, davon abgesehen, daß nun die Un­ terkammer B die Vergrößerungsunterkammer aufweist und die Un­ terkammern C, D und A die Verdichtungs- bzw. Ansaug- und Aus­ laßkammern aufweisen. Zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₅ nimmt das Geschwindigkeitsverhältnis des Zahnradsatzes 76 auf 2 zu, während dasjenige des Zahnradsatzes 74 auf 0 abnimmt. Wie in Fig. 9 zu sehen ist, nimmt die Drehzahl 76A-S des tränentrop­ fenförmigen Zahnrades 76a zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₅ von 5/2 auf S zu, während die Drehzahl 74A-S des tränentropfen­ förmigen Zahnrades 74A von S/2 auf Null abnimmt. Dann, also zwischen den Zeitpunkten t₅ und t₇, werden das tränentropfen­ förmige Zahnrad 74A und die zugehörige Kolbenanordnung 30 an der Drehung gehindert, indem die Spitze des tränentropfenförmi­ gen Zahnrades 74A in die in dem zugehörigen herzförmigen Zahn­ rad 74B ausgebildete Ausnehmung eingreift. Als Ergebnis sind der nachhängende Kolben 30B der Vergrößerungsunterkammer B und der nachhängende Kolben 30A der Ansaugunterkammer während des Zeitraums zwischen t₅ und t₇ stationär. Die Position 5 von Fig. 8B entspricht der Position 1 von Fig. 8C zum Zeitpunkt t₈, und die Position 5 von Fig. 8C entspricht der Position 1 von Fig. 8D zum Zeitpunkt t₁₂. Zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁₆ voll­ enden die Kolbenanordnungen 30 und 32 eine Umdrehung, wobei während dieser Zeit vier Motorbetriebszyklen vollendet werden.

Wird ein kreisförmiger Zahnradsatz 80 zur Verbindung des Diffe­ rentialausgangs 86 mit dem Motorausgang 68 verwendet, dann muß das kombinierte Geschwindigkeitsverhältnis der Zahnradsätze 74 und 76 gleich 2 sein, um den Forderungen der Gleichung (1) von oben zu genügen, die den Betrieb des Differentials 78 defi­ niert. Aus der Prüfung der Zeichnungen und der Gleichung (1) ist zu sehen, daß z sowohl die Drehzahl der Differentialaus­ gangswelle 86 als auch der herzförmigen Zahnräder 74B und 76B über den Zahnradsatz 80 ist, x die Drehzahl des Planetenrades 78A sowie des daran befestigten tränentropfenförmigen Zahnrades 74A ist, und daß y die Drehzahl des Planetenrades 78B sowie des daran befestigten tränentropfenförmigen Zahnrades 76A ist. Aus der Multiplikation der beiden Seiten der Gleichung (1) mit zwei ergibt sich:

x + y = 2z (2)

Solange das Geschwindigkeitsverhältnis der Zahnradsätze 74 und 76 in Addition 2 ergibt, arbeiten das Differential und die Zahnradsätze gleichzeitig ohne gegenseitige Beeinflussung. Es ist hier zu bemerken, daß ein Zahnradsatz 80 aus nicht kreis­ förmigen Zahnrädern wie elliptoiden Zahnrädern verwendet werden kann, wobei in diesem Fall die Form der Zahnradsätze 74 und 76 entsprechend modifiziert werden müßte, so daß die durch die Gleichung (1) angegebenen Bedingungen zu allen Zeiten erfüllt sind.

Nun wird auf Fig. 10 und 11 Bezug genommen, in denen ein Zahn­ radsatz 120 gezeigt ist, der eine modifizierte Form eines trä­ nentropfenförmigen Zahnrades 122 sowie ein damit zusammenwir­ kendes herzförmiges Zahnrad 124 aufweist, und der anstelle der Zahnradsätze 74 und 76 verwendet werden kann. Das tränentropfen­ förmige Zahnrad 122 ist in Befestigung an der rohrförmigen Wel­ le 82 gezeigt, die ihrerseits in der Art des in Fig. 7 gezeig­ ten Zahnradsatzes 74 drehbar an einer um die Wellenachse 88 drehbaren Welle 86 befestigt ist. Ebenso ist gezeigt, daß das herzförmige Zahnrad 124 an der Welle 68 angebracht ist, die um die Achse 90 drehbar ist. Bei dieser Ausführungsform weist das tränentropfenförmige Zahnrad 122 einen Körper 126 auf, der sandwichartig zwischen ein Paar Endplatten 128 und 130 einge­ fügt ist, die sich vom Umfang des Körpers nach außen erstrec­ ken. Getriebezähne in Form von Walzen 132 liegen um den Umfang des Zahnrades, wobei die Walzen an Achsen 134 drehbar gestützt sind, die sich zwischen den Endplatten 128 und 130 erstrecken. Die Walzen sind zum Eingriff mit Zähnen 136 geeignet, die um den Umfang des herzförmigen Zahnrades ausgebildet sind. Wie bei den oben beschriebenen Zahnradsätzen 74 und 76 wird das tränen­ tropfenförmige Zahnrad 122 an der Drehung gehindert, wenn der Zahn 132A an seiner Spitze in das herzförmige Zahnrad an der Ausnehmung eingreift, die an die Achse 90 angrenzend ausgebil­ det ist. Mit dieser Anordnung ist der Reibungseingriff zwischen ineinander eingreifenden Zähnen zur Verschleißverringerung re­ duziert. Es wird deutlich, daß Zahnradsätze verwendet werden können, die eine Kombination aus herkömmlichen Getriebezähnen und walzenartigen Zähnen aufweisen. Die Kreisbogenabschnitte der Zahnräder 122 und 124 können beispielsweise anstelle der veranschaulichten walzenförmigen Zähne 132 an dem Zahnrad 122 und den zugehörigen Zähnen 136 an dem Zahnrad 124 mit herkömm­ lichen Getriebezähnen versehen sein.

Bei der Beschreibung des in Fig. 8A-8D und 9 veranschaulich­ ten Motorbetriebs findet die Zündung für die Unterkammern A, B, C und D zu Zeitpunkten t₀ bzw. t₄, t₈ und t₁₂ statt, wenn die Unterkammern ihr Minimalvolumen aufweisen. Die Funkenzündung kann etwas vorverlegt oder verzögert werden, indem der Zünd­ zeitpunkt während der Periode der Kolbendrehung gesteuert wird, wo die Zündkerze mit der zugehörigen Kammer in Verbindung steht. Ist eine stärkere Veränderung der Zündzeitsteuerung er­ wünscht, dann läßt sich die Anordnung der Zündeinrichtung 60 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn in der Sicht von Fig. 8A-8D für eine vorverlegte Zündung oder im Uhrzeigersinn für eine verzögerte Zündung verändern.

Wie oben bemerkt, ist bei Verwendung einer Funkenzündung wie bei der oben veranschaulichten Anordnung die Zündzeitsteuerung auf den Zeitraum begrenzt, zu dem das verdichtete Luft-Kraft­ stoff-Gemisch mit der Zündeinrichtung 60 in Verbindung steht. Die Zündzeitsteuerung kann wie gewünscht eingestellt werden, indem die Zündeinrichtungen an die Kolben gelegt werden, wie dies in Fig. 12 im Diagramm veranschaulicht ist. In Fig. 12 sind Kolbenanordnungen 150 und 152 gezeigt, die jeweils ein Paar diametral entgegengesetzter Kolben 150A und 150B bzw. 152A und 152B umfassen. Die Kolbenanordnung 150 ist an nicht gezeig­ ten äußeren Wellenabschnitten befestigt, die den äußeren Wel­ lenabschnitten 36A und 36B bei der oben beschriebenen Ausfüh­ rungsform entsprechen. Die Kolbenanordnung 152 ist an einer koaxialen inneren Welle 154 befestigt, die der inneren Welle 38 der oben beschriebenen Ausführungsform entspricht. Eine Vertie­ fung oder Ausnehmung 156 ist in einer Seite der Kolben ausge­ bildet, wobei diese Vertiefungen so angeordnet sind, daß an je­ der Unterkammer eine angeordnet ist. Drehen sich die Kolben aus der Sicht von Fig. 12 im Uhrzeigersinn, dann liegen die Vertie­ fungen bei der Ausführungsform von Fig. 12 in den hinteren oder nachhängenden Kolbenseiten. Zündeinrichtungen 158 wie Zündker­ zen werden von den Kolben innerhalb der Vertiefungen so gehal­ ten, daß wenigstens eine Zündkerze für jede der vier Unterkam­ mern vorgesehen ist, in die die Zylinderkammer durch die vier Kolben unterteilt ist. Die Zündkerzendrähte 160 von den Zünd­ kerzen sind mit einer nicht gezeigten Quelle für den Zündstrom verbunden. Geeignete Mittel zur Verbindung der Zündkerzendrähte 160 mit einer Quelle für den Zündstrom sind in der oben erwähn­ ten US-Patentschrift 5 133 317 von dem vorliegenden Erfinder gezeigt. Mit dieser Anordnung ist die Zündzeitpunktsteuerung über einen weiten Bereich der Kolbendrehung möglich, da die Zündkerzen 158 zu jeder Zeit mit ihren zugehörigen Unterkammern in Verbindung bleiben. Da die Zündkerzen, wie gezeigt, in Aus­ nehmungen liegen, kann zwischen den Kolben ein minimaler Ab­ stand vorgesehen sein, wenn sie sich in ihren am dichtesten be­ abstandeten Positionen befinden. Die Ausnehmungen können auch so dimensioniert sein, daß sie die Unterkammer mit einem ge­ wünschten Minimalvolumen versehen. Die Kolbenausnehmungen kön­ nen zusätzlich so geformt sein, daß sie für eine schnelle und vollständige Verbrennung des Kraftstoffs sorgen.

Der Rotationsmotor der vorliegenden Erfindung kann mittels ei­ nes Verdichters mit Druckluft versorgt werden, wie dies in Fig. 13 veranschaulicht ist, auf die nun Bezug genommen wird. Dort ist gezeigt, daß der Rotationsmotor des in Fig. 1-9 gezeigten und oben beschriebenen Typs durch einen Rotationsverdichter 170 mit Druckluft versorgt wird. Der Verdichter 170 weist ein sta­ tionäres Gehäuse 172 mit einer zylindrischen Bohrung auf, das an entgegengesetzten Enden durch Endplatten 174 (von denen nur eine in Fig. 13 gezeigt ist) geschlossen, um eine innere zylin­ drische Verdichtungsarbeitskammer zu bilden. Das Gehäuse 172 um­ faßt eine Auslaßöffnung 176 und eine angrenzende Luft­ einlaßöffnung 178. Die Auslaßöffnung 176 ist durch eine Leitung 180 mit der Einlaßöffnung 53 des Motors 20 verbunden, um den Motor mit Luft zur Verbrennung zu versorgen.

Die Verdichterarbeitskammer ist durch zwei darin angeordnete keilförmige Kolben 182 und 184 in erste und zweite diametral entgegengesetzte Unterkammern unterteilt. Die Kolben sind um eine in Fig. 14 gezeigte gemeinsame Achse 186 drehbar und dre­ hen sich im Betrieb eben in der durch den Pfeil 188 angedeute­ ten Richtung. Die Kolben 182 und 184 und der Träger, der für die Drehung innerhalb des Verdichtergehäuse vorgesehen ist, können von dem gleichen Typ wie die Rotationsmaschinenkolben und der Kolbenträger sein, die in der oben erwähnten US- Patentschrift Nr. 4 901 694 gezeigt sind. Der Kolben 182 ist an Naben 190 befestigt, von denen eine in Fig. 13 gezeigt ist, die an den zugewandten Enden von rohrförmigen Wellenabschnitten 192A und 192B ausgebildet sind und in Fig. 14 gezeigt sind. Die Wellenabschnitte und die zugehörigen Naben sind durch die Ver­ dichterendplatten zur Drehung um die Achse 186 gestützt. Der Kolben 184 ist an der inneren Welle 194 befestigt, die in den rohrförmigen Wellenabschnitten 192A und 192B drehbar gestützt sind. Es ist zu bemerken, daß der Verdichter 170 eine ähnliche Auslegung wie der Motor 20 aufweisen kann, davon abgesehen, daß nur ein Kolben an jeder der koaxialen Verdichterwellen befe­ stigt ist, während ein Paar diametral entgegengesetzter Kolben an jeder der koaxialen Motorenwellen befestigt ist.

Die rohrförmige Welle 192B, an der der Verdichterkolben 182 be­ festigt ist, sowie die innere koaxiale Welle 194, an der der Verdichterkolben 184 befestigt sind, sind mit den rohrförmigen Wellen 82 und 84 durch Zahnradsätze 196 bzw. 198 zur Antriebs­ betätigung der Verdichterkolben verbunden. Die Zahnräder der Zahnradsätze 196 und 198 weisen ein 1 : 1-Übersetzungsverhältnis auf, wodurch die Verdichtungskolben 182 und 184 mit der glei­ chen Drehzahl wie die zugehörigen rohförmigen Wellen 82 bzw. 84 angetrieben werden. Da die Motorkolben mit den rohrförmigen Wellen 82 und 84 über kreisförmige Zahnradpaare 70 und 72 mit einem 1 : 2-Übersetzungsverhältnis verbunden sind, ist klar, daß die Verdichterkolben mit der zweifachen Drehzahl der Motorkol­ ben angetrieben werden.

Nun wird Bezug auf Fig. 15 und 16 genommen, wo Diagramme der Winkelposition der Motorkolben gegen die Zeit bzw. der Winkel­ position der Verdichterkolben gegen die Zeit gezeigt sind. Die Diagramme sind mit den gleichen Zeitskalen versehen, die vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₄ reichen. In Fig. 15 sind die Winkelposition der Motorkolben 30A und 30B durch die Bezugszei­ chen 30A-P bzw. 30B-P und die Winkelposition der Motorkolben 32A bwz. 32B durch die Bezugszeichen 32A-P bzw. 32B-P identifi­ ziert. In Fig. 16 ist die Winkelposition der Verdichterkolben 182 und 184 durch die Bezugszeichen 182-P bzw. 184-P identifi­ ziert. In Fig. 16 ist die Winkelposition der Verdichterkolben 182 und 184 durch die Bezugsziffern 182-P bzw. 184-P identifi­ ziert. Die Kolbenwinkelweite an den äußeren freien Enden ist für die Motor- und Verdichterkolben durch die Bezugszeichen EPW bzw. CPW identifiziert. Die Winkelweite der Motoreinlaß- und -auslaßöffnungen 54 und 56 ist in Fig. 15 durch die Bezugszei­ chen 54W bzw. 56W identifiziert. In Fig. 16 ist die Winkelweite der Verdichterauslaß- und -einlaßöffnungen 176 und 178 ähnlich durch Bezugszeichen 176W bzw. 176W identifiziert. In Fig. 15 und 16 stellt eine Kolbendrehung von 2π eine vollständige Um­ drehung dar. Man wird sehen, daß die Verdichterkolben für jede Umdrehung die Motorkolben zwei Umdrehungen laufen. Das maximale Volumen der Verdichterunterkammern relativ zu demjenigen der Motorunterkammern ist so, daß dem Motor während des Ansaugteils des Motorbetriebszyklus verdichtete Luft geliefert wird, die während des Verdichtungsteils des Motorbetriebszyklus weiter verdichtet wird. Als Ergebnis wird bei Verwendung eines Ver­ dichters ein Motorbetrieb mit einer höheren Verdichtung also ohne vorgesehen.

Die Erfindung ist nun im einzelnen nach den Erfordernissen der US-Patentvorschriften beschrieben worden; zahlreiche weitere Veränderungen und Modifizierungen bieten sich dem Fachmann an. So kann beispielsweise die neue Kombination aus dem Differenti­ al 78, den nicht kreisförmigen Zahnradsätzen 74 und 76, dem Zahnradsatz 80 zur Verbindung der Kolbenanordnungen 30 und 32 mit der Ausgangswelle 68 in Verbindung mit anderen Systemen verwendet werden, die Motoren eines anderen Typs umfassen. Sie kann beispielsweise bei der Verbindung der Kolben eines Hubkol­ benmotors mit einer Motorausgangswelle eingesetzt werden, ohne daß der herkömmliche Kurbelwellenmechanismus verwendet wird. Ebenso wird deutlich, daß die Kreisbogenabschnitte 100 und 102 der Zahnräder 74A und 74B nicht auf die veranschaulichten 200° bzw. 100° begrenzt sind. Bei einigen Anwendungen für die trä­ nentropfenförmigen und herzförmigen Zahnräder kann es erwünscht sein, die Kreisbogenabschnitte zu vergrößern oder zu verklei­ nern, einschließlich einer Verkleinerung auf null Grad. Es ist beabsichtigt, daß die obengenannten und weitere Veränderungen und Modifizierungen in den Geist und Umfang der Erfindung fal­ len, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (23)

1. Verbrennungsmotor, der folgendes aufweist:
ein Gehäuse, das eine zylindrische Arbeitskammer mit Ein­ laß- und Auslaßöffnungen aufweist;
erste und zweite Kolbenanordnungen, die jeweils ein Paar diametral entgegengesetzter Kolben innerhalb der Arbeitskammer umfassen, die um die Zylinderachse drehbar sind und die Kammern in mehrere Paare diametral entgegengesetzter Unterkammern un­ terteilen;
Mittel zu Verbindung der ersten und zweiten Kolbenanord­ nungen miteinander für eine intermittierende Drehung der ersten und zweiten Kolbenanordnungen in der gleichen Richtung während periodischer Rotationsperioden derart, daß wenigstens ein Paar diametral entgegengesetzter Unterkammern im Volumen abnimmt, während wenigstens ein weiteres Paar diametral entgegengesetz­ ter Unterkammern im Volumen zunimmt, wobei jede der ersten und zweiten Kolbenanordnungen während Perioden intermittierender Rotation angehalten wird,
wobei für jede vollständige Umdrehung der ersten und zwei­ ten Kolbenanordnungen mehrere Betriebszyklen vollendet werden, wobei jeder Betriebszyklus aufeinanderfolgende Leistungs-, Aus­ laß-, Einlaß- und Verdichtungsphasen aufweist;
wobei Kolben der angehaltenen Kolbenanordnung wenigstens während Teilen der Leistungs- und Ansaugphasen nachhängende Kolben aufweisen.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei welchem die Verbin­ dungseinrichtung folgendes umfaßt:
erste und zweite Zahnradsätze, die jeweils miteinander käm­ mende, allgemein tränentropfenförmige und herzförmige Zahnräder aufweisen;
Mittel zum Verbinden der herzförmigen Zahnräder der ersten und zweiten Zahnradsätze miteinander zur gleichzeitigen Drehung in einer phasenverschobenen Beziehung; sowie
Mittel zur drehbaren Kopplung der tränentropfenförmigen Zahnräder der ersten und zweiten Zahnradsätze mit den jeweili­ gen ersten und zweiten Kolbenanordnungen.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei welchem die Verbin­ dungseinrichtung folgendes umfaßt:
Differentialmittel mit ersten und zweiten Eingängen und einem Ausgang, wobei die ersten und zweiten Eingänge an den tränentropfenförmigen Zahnrädern des ersten bzw. zweiten Zahn­ radsatzes angebracht sind, sowie
eine Einrichtung zur drehbaren Kopplung des Differential­ mittelausgangs mit den herzförmigen Zahnrädern zur gleichzeiti­ ge Drehung.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, bei welcher die Einrich­ tung zur drehbaren Kopplung des Differentialmittelausgangs mit den herzförmigen Zahnrädern einen kreisförmigen Zahnradsatz mit einem Geschwindigkeitsverhältnis von 1 aufweist.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3 mit ersten und zweiten ge­ genhaltenden Kupplungsmitteln zur Begrenzung der Drehung der ersten und zweiten Kolbenanordnungen auf eine Richtung.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei welchem die Drehzahl z des Differentialausgangs durch die folgende Gleichung mit den Drehzahlen x und y der jeweiligen ersten und zweiten Differen­ tialeingänge verbunden ist: z = (x + y)/2.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei welchem die herzför­ migen Zahnräder um ihren Umfang Zähne umfassen, wobei die herz­ förmigen Zahnräder um eine Achse drehbar sind, die sich zwi­ schen Paaren aneinandergrenzender Zähne der herzförmigen Zahn­ räder erstrecken.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei welchem die tränen­ tropfenförmigen und herzförmigen Zahnräder miteinander in Ein­ griff zu bringender Kreisbogenabschnitte mit einem Geschwindig­ keitsverhältnis von 2 aufweisen.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei welchem die tränen­ tropfenförmigen und herzförmigen Zahnräder ein variables Ge­ schwindigkeitsverhältnis aufweisen, das zwischen 0 und 2 vari­ iert.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei welchem die tränen­ tropfenförmigen Zahnräder um ihren Umfang Walzen umfassen und die herzförmigen Zahnräder um ihren Umfang Zähne umfassen, die mit den Walzen in Eingriff gelangen können.

11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei welchem die tränen­ tropfenförmigen und die herzförmigen Zahnräder die gleiche Zahl von Zähnen umfassen.

12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, der Mittel umfaßt, um den Motorausgang von der Verbindungseinrichtung zu erhalten.

13. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei welchem die Kolben eine mit einer Vertiefung ausgebildete Seite aufweisen, sowie Zündkerzen mit Elektroden mit Funkenstrecken in den Aus­ nehmungen in Verbindung mit jeder Unterkammer zur Einleitung der Leistungsphasen.

14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei welchem die Kolben­ anordnungen jeweils nur ein einziges Paar diametral entgegenge­ setzter Kolben umfassen.

15. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, der Mittel umfaßt, um während jeder Verdichtungsphase Kraftstoff an die Unterkammern zu liefern, der bei Zündung die Leistungsphase einleitet.

16. Verbrennungsmotor nach Anspruch 15, der eine Zündkerze um­ faßt, die von dem Gehäuse zum Zünden des Kraftstoffes innerhalb der Unterkammer gehalten wird.

17. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, der einen Verdichter um­ faßt, um während der Ansaugphase des Motorbetriebszyklus ver­ dichtete Luft an den Motor zu liefern.

18. Verbrennungsmotor nach Anspruch 17, bei welchem der Ver­ dichter folgendes aufweist:
Mittel, die eine zylindrische Verdichterarbeitskammer mit Einlaß- und Auslaßöffnungsmitteln aufweisen;
zwei Kolben innerhalb der Verdichterarbeitskammer;
Mittel zum Verbinden der beiden Kolben innerhalb der Ver­ dichterarbeitskammer mit den ersten und zweiten Kolbenanordnun­ gen zur Drehung der beiden Kolben mit der doppelten Drehzahl der ersten und zweiten Kolbenanordnungen; sowie
Mittel zum Verbinden der Verdichterauslaßmittel mit der Motoreinlaßöffnung zur periodischen Übertragung von verdichte­ ter Luft von dem Verdichter zu dem Motor.

19. Mechanismus zum Verbinden einer ersten, zweiten und dritten Welle zur intermittierenden Drehung der ersten und zweiten Wel­ le und einer kontinuierlichen Drehung der dritten Welle, der folgendes aufweist:
Differentialmittel mit ersten und zweiten Eingängen, die mit der ersten bzw. der zweiten Welle verbunden sind, sowie ei­ nem Ausgang, der mit der dritten Welle drehbar gekoppelt ist,
erste und zweite Zahnradsätze, die jeweils miteinander kämmende, allgemein tränentropfenförmige und herzförmige Zahn­ räder aufweisen, wobei die herzförmigen Zahnräder und die drit­ te Welle für eine gleichzeitige Drehung um die Achse der drit­ ten Welle aneinander angebracht sind; sowie
Mittel zum Verbinden der tränentropfenförmigen Zahnräder der ersten und zweiten Zahnradsätze mit der ersten bzw. zweiten Welle.

20. Mechanismus nach Anspruch 19, bei welchem die tränentrop­ fenförmigen Zahnräder jeweils an einem Ende eine Spitze umfas­ sen und die herzförmigen Zahnräder jeweils ein Paar von angren­ zenden, allgemein spiralförmigen Abschnitten aufweisen, die da­ zwischen einen Einschnitt bilden, wobei die tränentropfenförmi­ gen Zahnräder während des Eingriffs der Spitze des tränentrop­ fenförmigen Zahnrades mit dem Einschnitt in dem zugehörigen herzförmigen Zahnrad nicht drehbar sind.

21. Mechanismus nach Anspruch 20, bei welchem die tränentrop­ fenförmigen und herzförmigen Zahnräder Kreisbogenabschnitte aufweisen.

22. Mechanismus nach Anspruch 21, bei welchem die Kreisbogenab­ schnitte der tränentropfenförmigen und der herzförmigen Zahnrä­ der ein Geschwindigkeitsverhältnis von 2 aufweisen.

23. Zahnradsatz mit allgemein tränentropfenförmigen und herz­ förmigen Zahnrädern, wobei das herzförmige Zahnrad einen mit einer Ausnehmung und mit sich nach außen erstreckenden Zähnen um den Umfang des Körpers ausgebildeten herzförmigen Körper aufweist, wobei das herzförmige Zahnrad eine Rotationsachse in einer beabstandeten Entfernung von dem herzförmigen Körper an der Ausnehmung aufweist, wobei das tränentropfenförmige Zahnrad einen tränentropfenförmigen Körper mit einer Spitze und mit sich nach außen erstreckenden Zähnen um den Umfang des Körpers einschließlich eines Zahns an der Spitze aufweist, wobei das tränentropfenförmige Zahnrad an der Drehung gehindert wird, wenn der Zahn an der Spitze zwischen angrenzenden Zähnen an dem herzförmigen Zahnrad während des Betriebs des Zahnradsatzes in Eingriff steht.