DE69028547T2 - Rotationsfluidmotor - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft einen Rotationsverbrennungsmotor, bei dem Kompression und Expansion in verschiedenen Kammern stattfinden.
• Die GB-A-1505853 (veröffentlicht am 30. März 1978) beschreibt einen Rotationsmotor mit einem Paar von ineinandergreifenden Rotoren, welche abgeschnittene zykloidale Vorsprünge aufweisen, die durch ein ineinandergreifendes Getriebe angetrieben werden, um das Kraftstoff/Luft-Gemisch in Verbrennungszonen, die durch die ineinandergreifenden Rotoren gebildet werden, zu komprimieren. Die ineinandergreifenden Rotoren sind an Wellen angebracht, die zueinander in einem 1:1-Übersetzungsverhältnis angetrieben werden. Die Kompression/Expansion, die durch die Wirkung der beiden Rotoren erreicht wird, schafft kein vollständig überstrichenes Volumen, in welchem das Volumen der restlichen Menge, die zwischen den Rotoren eingeschlossen ist, auf ein minimales Totvolumen reduziert wird. Kompression, Verbrennung und Expansion finden in demselben Zylinder statt.
• Die DE-A-3626084 (veröffentlicht am 19. März 1987) beschreibt einen Rotationsmotor (Fig. 5), bei dem Kompression, Verbrennung und Expansion in verschiedenen Kammern stattfinden. Die Kompressions- und Expansionsabschnitte sind von im wesentlichen gleichem Aufbau, aber sie unterscheiden sich in der Position der Einlaßöffnungen und der Auslaßöffnungen Jede besteht aus einem Paar von Rotoren mit entsprechenden gegenüberliegenden Abdichtungsflügeln, die über die Oberfläche des Zylinders wischen. Die Rotoren haben ausgeschnittene Abschnitte nahe den Flügeln, um den Flügel des anderen Rotors in der Nähe des Kontaktpunkts der Rotoren aufzunehmen. In einem Rotor jedes Paars ermöglichen die Ausschnitte einen Gasfluß durch einen Einlaß (Expansionsabschnitt) oder einen Auslaß (Kompressionsabschnitt), der anderenfalls durch den Rotor verschlossen ist. In einer dargestellten Ausführungsform (Fig. 3) sind die Rotoren gezahnt, aber die ineinandergreifenden Zähne dienen nicht dazu, die Kompressionskammer zu definieren.
• Die GB-A-1098854 (veröffentlicht am 10. Januar 1968), die GB-A-1574549 (veröffentlich am 10. September 1980), die US-A-3902465 (02. September 1980) und die US-A-4476826 (16. Oktober 1984) beschreiben jeweils Rotationsmotoren, bei denen die Verbrennung in einer zwischen der Kompressions- und der Expansionskammer angeordneten, separaten Kammer stattfindet.
• Die US-A-3472445 (veröffentlicht am 14. Oktober 1969) und die GB-A-1304394 (24. Januar 1973) zeigen jeweils Luftkompressoren mit ineinandergreifenden, gegenläufigen, mit Vorsprung versehene Rotoren, die in einem Gehäuse untergebracht sind. Die Vorsprünge der Rotoren überstreichen die Gehäusewand, um die Hauptkompressionswirkung bereitzustellen, aber eine vorübergehend vorhandene Kammer von reduziertem Volumen ist zwischen den Rotorvorsprüngen über einem Teil ihres Drehwegs gebildet, um die Kompressionsmenge abzusaugen. Normalerweise weisen die Rotoren eine gleiche Anzahl von Vorsprüngen auf und rotieren mit der gleichen Geschwindigkeit. Jedoch zeigt die US-A-3472445 (Fig. XXI) eine Anordnung, bei der ein kleinerer Rotor einen einzigen Vorsprung aufweist und ein größerer Rotor zwei Vorsprünge aufweist und die Rotoren mit einem 2: 1-Drehübersetzungsverhältnis rotieren. Die GB-A-1304394 erwähnt die Möglichkeit, eine unterschiedliche Anzahl von Vorsprüngen und/oder verschiedene Durchmesser vorzusehen, und für den Fall von Rotoren mit unterschiedlicher Anzahl von Vorsprüngen die Verwendung von geeigneten Übertragungsverhältnissen, um die Rotoren mit geeigneten unterschiedlichen Geschwindigkeiten anzutreiben.
• Die Anforderungen an den Kompressionsabschnitt eines Verbrennungsmotors unterscheiden sich sehr von denen eines Luftkompressors. Insbesondere ist es wünschenswert, daß im wesentlichen keine Vorkompression in dem Kompressionsabschnitt auftreten sollte und daß die Zufuhr/Aufnahme der Menge im wesentlichen gleichzeitig mit der Kompression beginnen sollte. Überraschenderweise ist herausgefunden worden, daß die Verwendung von ineinandergreifenden, gegenläufigen, mit Vorsprung versehenen Rotoren von der in der US- A-3472445 oder GB-A-1304394 gezeigten Art bei Verbrennungsmotoren den Wirkungsgrad von Maschinen von der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, wesentlich verbessert.
• In der Patentbeschreibung DE-A-2417074 ist ein Verbrennungsmotor gezeigt. Dieser Verbrennungsmotor umfaßt separate Rotationskompressions- und -expansionsabschnitte und eine Verbrennungskammer, welche durchlaßgesteuerte Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweist, die jeweils mit den Kompressions- und Expansionsabschnitten in Verbindung stehen. Jeder der Kompressions- und Expansionsabschnitte ist eine Rotationseinrichtung, die einen ersten Rotor, welcher um eine erste Achse drehbar ist und an seinem Umfang eine durch eine gekrümmte Oberfläche begrenzte Aussparung aufweist, und einen zweiten Rotor aufweist, welcher gegenläufig zu dem ersten Rotor um eine parallel zu der ersten Achse verlaufende zweite Achse drehbar ist und welcher einen durch eine gekrümmte Oberfläche begrenzten radialen Vorsprung aufweist, wobei die jeweiligen ersten und zweiten Rotoren der Kompressions- und Expansionsabschnitte für eine ineinandergreifende Rotation gekoppelt sind, um entsprechende vorübergehend vorhandene Kammern von progressiv abnehmendem und zunehmendem Volumen zu schaffen, und wobei die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Verbrennungskammer durch die Wirkung von angrenzenden Endflächen der jeweiligen Rotoren durchlaßgesteuert sind.
• Erfindungsgemäß ist eine solche Maschine dadurch charakterisiert, daß die ersten und zweiten Rotoren jedes Abschnitts derart ineinandergreifen, daß bei Rotation jede vorübergehend vorhandene Kammer von progressiv abnehmendem oder zunehmendem Volumen zwischen den Aussparungsflächen und den Vorsprungsflächen der entsprechenden Rotoren begrenzt ist, wobei die Flächen eine solche Kontur haben, daß während des Durchlaufs des Vorsprungs durch die Aussparung die Aussparungsfläche kontinuierlich von sowohl einer Spitze des Vorsprungs als auch einer beweglichen Stelle an dem Vorsprung überstrichen wird, welche Stelle entlang sowohl der Vorsprungsfläche als auch der Aussparungsfläche fortschreitet, um die vorübergehend vorhandene Kammer zu definieren, wobei die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Verbrennungskammer durch Endflächen der entsprechenden ersten Rotoren, welche Öffnungen darin aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen der ersten Rotoren in Verbindung stehen, durchlaßgesteuert werden. Entsprechend drehen sich die ersten Rotoren der Abschnitte um eine gemeinsame erste Achse, und die zweiten Rotoren der Abschnitte drehen sich um eine gemeinsame zweite Achse.
• Außer wenn die ersten Rotoren geformt sind, um eine gasförmige Fluidverbindung mit der existierenden vorübergehend vorhandenen Kammer an oder nahe ihrer minimalen Volumenkonfiguration durch z.B. eine abgekantete Kante oder Nut vorzusehen, ist eine gasförmige Fluidverbindungsöffnung in einem der ersten Rotoren vorgesehen, um diese Verbindung zu ermöglichen.
• Normalerweise werden die Rotoren einen gleichbleibenden radialen Querschnitt entlang ihrer axialen Länge aufweisen, und die Aussparung und der Vorsprung werden sich gerade oder schraubenförmig in der axialen Richtung erstrecken. Geeigneterweise sind die Rotoren in Lagern in fest stehenden Endwänden gehalten, welche sich nahe den entsprechenden Enden der Aussparung befinden, um die axiale Länge der zwischen den ineinandergreifenden Rotoren gebildeten, vorübergehend vorhandenen Kammer zu begrenzen. Jedoch kann die Aussparung knapp vor den axialen Enden des ersten Rotors enden, so daß die Kammer durch die Endflächen der Aussparung begrenzt ist.
• Mechanische Dichtungen können an der Spitze und/oder an den Enden des Vorsprungs vorgesehen sein, aber üblicherweise wird es ausreichend sein, die relevanten nebeneinander angeordneten Oberflächen mit einem begrenzten Fluid-Zwischenraum maschinell herzustellen oder auf andere Weise auszubilden.
• Wenn die Rotationseinrichtung der Kompressionsabschnitt ist, werden die Rotoren von den Rotoren des Expansionsabschnitts angetrieben, und die vorübergehend vorhandene Kammer wird volumenmäßig abnehmen, wenn der Vorsprung durch die Aussparung geht. Luft kann in der vorübergehend vorhandenen Kammer von dem Maschinengehäuse und folglich direkt in die existierende, vorübergehend vorhandene Kammer eingespritzter (oder anders zugeführter) Kraftstoff bereitgestellt werden. Üblicherweise weist das Auslaßmittel für das komprimierte gasförmige Fluid aus der vorübergehend vorhandenen Kammer eine abgekantete Nut oder einen Durchlaß in dem ersten Rotor auf, welcher zwischen der Aussparung darin und der Öffnung in der Endwand des Rotors in Verbindung steht. Die Position des Einlasses in den Durchlaß in der Aussparung wird üblicherweise in einer dem minimalen Kammervolumen entsprechenden Zone liegen und wird einen Fluß des gasförmigen Fluids von der Übergangskammer über zumindest im wesentlichen ihre gesamte Existenz ermöglichen.
• Wenn die Rotationseinrichtung der Expansionsabschnitt ist, nimmt die vorübergehend vorhandene Kammer volumenmäßig zu, wenn der Vorsprung durch die Aussparung geht, und es wird bewirkt, daß die Rotoren aufgrund des Fluiddrucks in der existierenden, vorübergehend vorhandenen Kammer rotieren. Üblicherweise geht das gasförmige Fluid durch eine abgekantete Nut oder einen Durchlaß in dem ersten Rotor, der zwischen der Öffnung in der Endwand und der Aussparung in Verbindung steht, hindurch. Die Position des Auslasses des Durchlasses in der Aussparung liegt üblicherweise in einer dem minimalen Kammervolumen entsprechenden Zone und erlaubt den Fluß des gasförmigen Fluids in die vorübergehend vorhandene Kammer über zumindest im wesentlichen ihre gesamte Existenz.
• Vorzugsweise ist die Drehgeschwindigkeit des ersten mit Aussparung versehenen Rotors kleiner als die Drehgeschwindigkeit des zweiten, mit Vorsprung versehenen Rotors mit einem ganzzahligen Verhältnis kleiner als 1:1.
• Es ist auch bevorzugt, daß die ersten und zweiten Rotoren jeweils im gleichen Winkel beabstandete Aussparungen und Vorsprünge in demselben Verhältnis der Anzahl an Aussparungen zur Anzahl der Vorsprünge wie das Geschwindigkeitsverhältnis des mit Vorsprung versehenen Rotors zu dem mit Aussparung versehenen Rotor aufweisen.
• In einer zur Zeit besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erste Rotor drei im gleichen Winkel angeordnete Aussparungen und der zweite Rotor zwei diametral gegenüberliegende Vorsprünge auf, und das Verhältnis ihrer Drehgeschwindigkeiten beträgt 2:3. Falls gewünscht, können zwei oder mehr erste, mit Vorsprung versehene Rotoren in denselben zweiten, mit Vorsprung versehenen Rotor ineinander greifen, oder mehrere, normalerweise zwei oder mehr, zweite, mit Vorsprung versehene Rotoren können in denselben ersten, mit Aussparung versehenen Rotor ineinander greifen.
• Jede Rotationseinrichtung weist einen Durchlaßsteuerungsbetrieb in geeignetem Timing auf, und bequemerweise kann die Aussparung wie die Öffnung in der Endfläche des ersten Rotors eine radial versetzte Öffnung, d.h. mit einem kleineren Radius als der maximale Radius der Aussparung, aufweisen.
• Für eine zunehmende Kompression oder eine zunehmende Arbeit bei Expansion, je nach Fall, können die Rotoren in einem Gehäuse eingeschlossen sein, das erste und zweite bogenförmige Aussparungen aufweist, die jeweils koaxial zu den ersten und zweiten Rotoren verlaufen und die eine Gleitdichtung mit diesen bilden, so daß für einen Abschnitt einer Drehung, bevor und/oder nachdem der Vorsprung durch die Aussparung in dem ersten Rotor hindurchgeht, zwischen den Rotoren und dem Gehause eine zusätzliche vorübergehend vorhandene Kammer von progressiv zunehmendem oder abnehmendem Volumen definiert ist, das mit der vorübergehend vorhandenen Kammer zwischen den Rotoren in Verbindung steht.
• Der Verbrennungsmotor der Erfindung kann für einen Betrieb mit allen Arten von gasförmigen oder flüssigen Kraftstoffen ausgebildet werden. Der Kraftstoff kann mit Luft und dem Kraftstoff/Luft-Gemisch vorgemischt werden, die in dem Kompressorabschnitt gebildet oder hereingelassen sind. Alternativ kann der Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt werden. Im Fall eines Funkenzündungsmotors ist eine Zündeinrichtung in der Verbrennungskammer angeordnet. Im Fall eines Kompressionszündungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors, kann der Luftstrom während der Kompression durch eine geeignet geformte Einlaßöffnung für ein optimales Mischen mit dem eingespritzten Kraftstoffstrom gerichtet werden.
• Im folgenden werden die derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
• Figur 1 ist ein schematischer Schnitt eines Teils eines Verbrennungsmotors der Erfindung, gesehen in einer durch die jeweiligen Achsen der Rotoren der Kompressions- und Expansionsabschnitte verlaufenden Ebene, wobei jeder Abschnitt eine Rotationseinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
• Figuren 2a, 2b und 2c sind jeweils schematische diametrale Schnitte der zusammenwirkenden Rotoren des Kompressionsabschnitts, wobei die Figuren aufeinanderfolgende Stadien in dem Kompressionszyklus des Motors darstellen;
• Figuren 3a, 3b und 3c sind schematische diametrale Schnitte der zusammenwirkenden Rotoren des Expansionsabschnitts, wobei die Figuren aufeinanderfolgende Stadien in dem Expansionszyklus des Motors darstellen;
• Figur 4 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Teil der Verbrennungskammerabschnitte, wobei eine Zündkerze gezeigt ist;
• Figur 5 ist eine Diagrammdarstellung, die ein Einlaßende der Verbrennungskammer zeigt, gesehen in der Richtung des Pfeils "A" in Fig. 4;
• Figur 6 ist eine Diagrammdarstellung, die ein Auslaßende der Verbrennungskammer darstellt, gesehen in der Richtung des Pfeils "B" in Fig. 4;
• Figur 7 ist eine den Fign. 2a, 2b und 2c entsprechende Ansicht einer Modifikation, bei der ein die Kompressionsrotoren umgebendes Gehäuse geformt ist, um mit den Rotoren in dem Kompressionszyklus zusammenzuwirken; und
• Figur 8 ist eine der Fig. 7 entsprechende Ansicht einer entsprechenden Modifikation an dem die Expansionsrotoren umgebenden Gehäuse, um mit den Rotoren in dem Expansionszyklus zusammenzuwirken.
• In Fig. 1 weist der Motor ein Paar von Endwänden 1 und 2 und eine parallele Zwischenwand 3 auf, die alle in einem festen Aufbau mit Hilfe von Abstandshülsen 4 und 5 sowie einer Mehrzahl von Bolzen 6 mit Schraubenmuttern 7 befestigt sind. In jeder der Endwände 1, 2 sind Rollenlager 8 vorhanden, und in der Zwischenwand 3 sind Kugellager 9 vorgesehen, um eine erste Welle 10 und eine parallel zu der ersten Welle verlaufende zweite Welle 11 zu halten. Die erste Welle 10 trägt an einem Ende ein verzahntes Getrieberitzel 12, und die zweite Welle 11 trägt an demselben Ende ein verzahntes Ritzel 13, wobei die beiden Ritzel ineinandergreifen und ein Geschwindigkeitsverhältnis von 2:3, wie zwischen dem Ritzel 13 und dem Ritzel 12, aufweisen.
• Jede der Wellen 10 und 11 trägt entsprechende verzahnte Kompressionsrotoren 14a, 14b (gezeigt in den Figuren 2a bis 2c) und verzahnte Expansionsrotoren 15a, 15b (gezeigt in den Figuren 3a bis 3c), von denen jeder einen im wesentlichen gasdichten Gleitsitz zwischen den Wänden 1 und 3 bzw. 2 und 3 bildet. Ein Gehäuse (nicht gezeigt) ist um den Aufbau so angeordnet, daß eine Einlaßkammer um die Kompressionsrotoren und eine Auslaßkammer um die Expansionsrotoren geschaffen werden.
• In der Zwischenwand 3 und in Verbindung stehend mit deren beiden Seitenflächen ist eine Verbrennungskammer 16 vorgesehen, deren Ausbildung unten mit Bezug auf die Figuren 4, 5 und 6 detaillierter erklärt wird.
• Die Kompressionsrotoren 14a, 14b und die Kompressionsphase werden im folgenden detailliert mit Bezug auf die Figuren 2a, 2b und 2c beschrieben. In Fig. 2a ist der mit Vorsprung versehene Rotor 14a der schnellere Rotor, und der mit Aussparung versehene Rotor 14b ist der langsamere Rotor. Die Rotoren bilden zusammen eine Rotationseinrichtung der Erfindung. Der Rotor 14a hat radiale Vorsprünge "P" und "Q", die in ihrer Form identisch sind und die in einer computerbestimmten Weise geformt sind, um in die Aussparungen "R", "S" und "T" des Rotors 14b hineinzupassen und mit ihnen zusammenzuwirken.
• Ein gasförmiges Arbeitsfluid, z.B. eine Kraftstoff/Luft-Mischung oder Luft allein, wenn ein Kraftstoffeinspritzsystem verwendet wird, ist in dem den Rotor 14b umgebenden Gehäuse vorgesehen und füllt die Aussparungen "R", "S" und "T" aus. Der Kompressionszyklus beginnt, wenn sich die beiden Rotoren 14a und 14b in der in Fig. 2a gezeigten Position befinden. In dieser Position ist eine Menge des Arbeitsfluids zwischen den Rotoren eingeschlossen, wobei ein begrenztes Entkommen nur mit Hilfe der beschränkten Gaszwischenräume an der Spitze 17 und dem Fuß 18 des Rotors 14a möglich ist. Die Kompression der Menge in der Aussparung "R" wird bewirkt, wenn die Rotoren in die Position der Fig. 2b fortschreiten, wenn das zwischen den Rotoren eingeschlossene Volumen durch die Verschiebungswirkung der sich bewegenden Rotoren vermindert worden ist. Wenn die Menge des gasförmigen Arbeitsfluids komprimiert ist, wird sie über einen Durchlaß 19 in dem Rotor 14b geliefert, welcher in einer Rotoröffnung endet, die in der Endfläche des Rotors, welcher der Innenwand 3 zugewandt ist, angeordnet ist. Während der gesamten Kompressionsphase steht diese Rotoröffnung 20 in Verbindung mit einer Eingangsöffnung 21 (auch als Einlaßöffnung bezeichnet) der Verbrennungskammer 16 in der Zwischenwand 3.
• Die Kompressionsphase ist in der Position der Fig. 2c abgeschlossen, wenn sich das Einschlußvolumen auf allein das Zwischenraumvolumen zwischen den jeweiligen Teilen der beiden Rotoren reduziert hat. In dieser Position wischt die hintere Kante der Rotoröffnung 20 die untere Kante der stationären Einlaßöffnung 21, wodurch die komprimierte Menge in der Verbrennungskammer 16 eingeschlossen wird.
• In dieser Position ist nur ein begrenzter "Rücklauf" über den Gaszwischenraum zwischen dem Rotor 14b und der Zwischenwand 3 möglich.
• Die Verbrennungskammer 16 weist an ihrem anderen Ende eine Zufuhröffnung 22 (auch als Auslaßöffnung bezeichnet) auf. Während der gesamten Verbrennungsphase ist die Zufuhröffnung 22 durch die angrenzende Seitenwand des Expansionsrotors 15b, der detaillierter unten beschrieben ist, verschlossen. Dadurch sind während der Verbrennungsphase sowohl die Einlaßöffnung 21 als auch die Zuführöffnung 22 der Verbrennungskammer wirksam durch die angrenzenden Endflächen der jeweiligen Rotoren 14b und 15b verschlossen. Auf diese Weise wird Wärme der komprimierten Menge des gasförmigen Fluids zugefügt, dessen Volumen gezwungen wird, während der Verbrennungsphase konstant zu bleiben. Wenn eine Kraftstoff/Luft-Mischung verwendet wird, wird eine Zündung mit Hilfe einer Zündkerze 23 erzielt, deren Spitze in oder zu dem Inneren der Verbrennungskammer 16 freigelegt ist. Einem Fachmann auf dem Gebiet von Verbrennungsmotoren ist es bekannt, daß Kraftstoffeinspritzung mit Wärmezündung eine Funkenzündung ersetzen kann, um eine Kompressionszündungsversion des Motors zu schaffen. Das Freisetzen von Wärme durch die Verbrennung des Kraftstoffs führt dazu, daß ein wesentlicher Druckanstieg in der Verbrennungskammer auftritt.
• Unter Bezugnahme auf die Fign. 4, 5 und 6 weist die Zwischenwand 3 die zylindrische Verbrennungskammer 16 auf, deren Einlaßöffnung 21 zu ihr von der Ausgangsrotoröffnung 20 des mit Aussparung versehenen Kompressionsrotors 14b führt und deren Auslaßöffnung 22 von ihr zu einer Einlaßrotoröffnung 24 des mit Aussparung versehenen Expansionsrotors 15b führt. Innerhalb der Zwischenwand 3 ist ein Raum zur Aufnahme der herkömmlichen Zündkerze 23 vorgesehen, deren Spitze in der Verbrennungskammer angeordnet ist.
• Die Expansionsrotoren und die Expansionsphase sind im folgenden detailliert mit Bezug auf die Fign. 3a, 3b und 3c beschrieben. In Fig. 3a ist der mit Vorsprung versehene Rotor 15a der sich schneller drehende Rotor, und der mit Aussparung versehene Rotor 15b ist der langsamer sich drehende Rotor. Diese Rotoren zusammen bilden auch eine Rotationseinrichtung der Erfindung. Der Rotor 15a weist radiale Vorsprünge "U" und "V" auf, die in ihrer Form identisch sind und die in einer cornputerbestimmten Weise geformt sind, um in die Aussparungen "W", "X" und "Y" des Rotors 15b hineinzupassen und mit diesen zusammenzuwirken. Die Expansionsphase beginnt, wenn die beiden Rotoren die Position der Fig. 3a erreichen. In dieser Position passiert die Vorderkante der Rotoröffnung 24 die obere Kante der Zufuhröffnung 22 der Verbrennungskammer 16. Das zwischen den jeweiligen Abschnitten der beiden Rotoren 15a, 15b definierte Volumen ist dann in Verbindung mit der Verbrennungskammer 16 angeordnet, welche voll von dem unter sehr hohem Druck stehenden gasförmigen Fluid ist, wonach die Verbrennung erfolgt. Das unter Druck stehende gasförmige Fluid in dem zwischen den beiden Rotoren definierten Volumen bewirkt, daß die Rotoren sich in die Position der Fig. 3b drehen, und der Expansionsvorgang ist kontinuierlich mit resultierenden Kraftmomenten auf beide Rotoren, um diese zu zwingen, ihre Rotation in derselben Richtung fortzusetzen. Die Rotoren erreichen schließlich die Position der Fig. 3c, wobei die Rotoren die Grenze des Fluideinschlusses erreichen, und nach weiterer Drehung verlassen die Auslaßgase die Einschlußzone durch die kontinuierliche Verschiebungswirkung der Rotoren. Keine weitere Energie wird den Rotoren beigesteuert, bis die nächste Expansionsphase eintritt.
• Die Aufgabe der Kompressor/Expansionsanordnung mit Zwillingsrotor und formschlüssiger Verlagerung ist es, ein eingeschlossenes Volumen (d.h. vorübergehend vorhandene Kammer) zu erzielen, welches zwischen seinem maximalen Wert und einem Volumen nahe Null variiert, dessen minimaler Wert nur durch die Breite des "Gaszwischenraums" zwischen den jeweiligen Teilen der beiden miteinander wirkenden Rotoren begrenzt ist. In dem Kompressionsmodus sorgt die Anordnung für ein eingeschlossenes Volumen, das zwischen der Vorderkante eines vorspringenden Vorsprungs des einen Rotors und der maximalen Erstreckung der gesamten Oberfläche der Aussparung in dem anderen Rotor definiert werden soll. Wenn der Verlauf der Volumenverlagerung mit der Rotation der beiden Rotoren in Übereinstimmung voranschreitet, wird der Einschluß-"Kontakt" (d.h. der minimale Zwischenraumspalt) an zwei Punkten an dem jeweiligen Vorsprung und Aussparungskanten aufrechterhalten, wie dem zweidimensionalen Querschnitt zu ersehen ist. Einer von diesen Punkten bleibt bezüglich des vorstehenden Vorsprungs, nämlich seiner Spitze, z.B. 17 in Fig. 2a, fest. Der Punkt des Einschlußkontakts an dem mit Aussparung versehenen Rotor, welcher dieser Spitze entspricht, bewegt sich progressiv in einer zentripetalen Richtung von dem Umfang des mit Aussparung versehenen Rotors. Der andere Punkt des Einschlußkontakts beginnt in dem Endbereich der Vorderkante des vorstehenden Vorsprungs, z.B. bei 18 in Fig. 2a. Wenn die Rotation fortschreitet, bewegt sich dieser zweite Kontaktpunkt progressiv entlang der Vorderkante des vorstehenden Vorsprungs in Richtung auf die Spitze. Der entsprechende Punkt des Einschlußkontakts an der Kante des mit Aussparung versehenen Rotors startet in Richtung auf den Umfang des mit Aussparung versehenen Rotors an seinem Vorderende und bewegt sich ebenfalls progressiv entlang der Kante in Richtung auf den anderen Kontaktpunkt.
• Damit eine vollständige Überstreichungsverlagerung auftritt, bewegen sich die beiden Einschlußpunkte progressiv näher aneinander während der Kompressionsphase, bis sie entweder einander treffen oder über einen kurzen Restabschnitt der Kante, welche eine gemeinsame Krümmung für beide Rotoren aufweist, koinzident werden.
• Die Fign. 7 und 8 zeigen eine Modifikation, bei der die Gehäuse der Kompressions- und Expansionsabschnitte nicht länger bloß als Aufnahme für ankommende Luft oder Luft/Kraftstoff-Mischung und für austretende Auslaßgase wirken. Bei dieser Modifikation ist das Gehäuse 25 so geformt, daß es mit "Gleit-", d.h. minimalem, Zwischenraum mit den beiden Rotoren über einen Teil ihrer Rotationsbewegung übereinstimmt. Fig. 7 zeigt den Beginn des Einschlusses eines Volumens "J", welches sich verringert, wenn die Rotation fortschreitet, bis das gasformige Fluid volumenmäßig auf das Volumen reduziert ist, das zwischen dem Vorsprung "P" und der die Aussparung "R" in Fig. 2a begrenzenden Oberfläche gezeigt ist, so daß überall eine größere Kompression erzielt wird. Fig. 8 zeigt, daß die schließlich von zwischen dem Vorsprung und der Aussparungsfläche der Fig. 3c entweichenden Auslaßgase in dem Raum "K" beschränkt verbleiben, so daß weitere Arbeit aus den expandierenden Gasen gezogend wird, bis beide Rotoren eine beträchtlich weitere Drehbewegung durchgeführt haben, wonach die Gase in das restliche Gehäuse entlassen werden. Die Struktur und die Art der Wechselwirkung der Rotoren sowie die Anordnung der Verbrennungskammer etc. sind anders, als es in den vorangehenden Figuren beschrieben ist.
• Die Erfindung ist nicht auf die besonderen, oben mit Bezug auf die Zeichnung beschriebenen Details beschränkt, sondern es können zahlreiche Modifikationen und Varianten durchgeführt werden, ohne von der Lehre der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Z.B. können die Durchlässe (z.B. 19) in den Rotoren jeweils durch eine entsprechende abgekantete Nut in der Aussparung ersetzt werden. Allgemein werden die Nuten kürzer sein als die Durchlässe, die sie ersetzen, und dadurch im wesentlichen toten Raum in den Rotationseinrichtungen reduzieren.

Claims (12)

1. Verbrennungsmotor mit getrennten sich drehenden Kompressions- und Expansionsabschnitten (14a, 14b, 15a, 15b) und einer Verbrennungskammer (16) mit durchlaßgesteuerten Einlaß- und Auslaßöffnungen (21, 22), die mit den Kompressions- bzw. Expansionsabschnitten in Verbindung stehen, wobei jeder der Kompressions- und Expansionsabschnitte eine sich drehende Einrichtung mit einem ersten Rotor (14b oder 15b), der um eine erste Achse (11) drehbar ist und an seinem Umfang eine Aussparung (R oder W) aufweist, die von einer gekrümmten Fläche begrenzt ist, und einem zweiten Rotor (14a oder 15a) aufweist, der in Gegenrichtung zum ersten Rotor (14b oder 15b) um eine zweite zur ersten Achse (11) parallele Achse (10) drehbar ist und einen radialen Vorsprung (P oder U) hat, der von einer gekrümmten Fläche begrenzt ist, wobei die entsprechenden ersten und zweiten Rotoren (14b, 15b und 14a, 15a) der Kompressions- und Expansionsabschnitte für eine ineinandergreifende Drehung gekoppelt sind, um entsprechende vorübergehend vorhandene Kammern von progressiv abnehmenden und zunehmenden Volumina zu erzeugen, und wobei die Einlaß- und Auslaßöffnungen (21, 22) der Verbrennungskammer (16) durch die Wirkung von benachbarten Endflächen von entsprechenden Rotoren durchlaßgesteuert sind,

dadurch gekennzeichnet, daß jede der vorübergehend vorhandenen Kammern von progressiv abnehmendem oder zunehmendem Volumen zwischen den Aussparungsflächen und Vorsprungsflächen der entsprechenden Rotoren begrenzt ist, wobei die Flächen eine solche Kontur haben, daß während des Durchlaufs des Vorsprungs (P oder U) durch die Aussparung (R oder W) die Aussparungsfläche kontinuierlich von sowohl einer Spitze (17) des Vorsprungs (P oder U) als auch einer beweglichen Stelle (18) an dem Vorsprung (P oder U) überstrichen wird, welche Stelle (18) entlang sowohl der Vorsprungsfläche als auch der Aussparungsfläche fortschreitet, um die vorübergehend vorhandene Kammer zu definieren, wobei die Einlaß- und Auslaßöffnungen (21, 22) der Verbrennungskammer (16) durch Endflächen der entsprechenden ersten Rotoren (14b, 15b), welche Öffnungen (20, 24) darin aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen der ersten Rotoren (14b, 15b) in Verbindung stehen, durchlaßgesteuert werden.

2. Motor nach Anspruch 1, wobei die ersten Rotoren (14b, 15b) der Abschnitte um eine gemeinsame erste Achse (11) und die zweiten Rotoren (14a, 15a) der Abschnitte um eine gemeinsame zweite Achse (10) rotieren.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rotoren (14a, 14b, 15a, 15b) entlang ihrer axialen Längen einen gleichbleibenden radialen Querschnitt haben.

4. Motor nach Anspruch 3, wobei die Aussparung (R, W) und der Vorsprung (P, U) sich in axialer Richtung geradlinig erstrecken.

5. Motor nach Anspruch 3, wobei die Aussparung (R, W) und der Vorsprung (P, U) sich in axialer Richtung schraubenförmig erstrecken.

6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehgeschwindigkeit des ersten mit Aussparung versehenen Rotors (14b, 15c) um ein ganzzahliges Verhältnis von weniger als 1:1 niedriger ist als die Drehgeschwindigkeit des zweiten mit Vorsprung versehenen Rotors (14a, 15a) der Einrichtung.

7. Motor nach Anspruch 6, wobei die ersten und zweiten Rotoren (14a, 14b, 15a, 15b) jeweils im gleichen Winkel beabstandete Aussparungen und Vorsprünge in demselben Verhältnis der Anzahl an Aussparungen zur Anzahl der Vorsprünge wie das Geschwindigkeitsverhältnis des mit Vorsprung versehenen Rotors zu dem mit Aussparung versehenen Rotor aufweisen.

8. Motor nach Anspruch 7, wobei der erste Rotor (14b, 15b) drei im gleichen Winkel angeordnete Aussparungen und der zweite Rotor (14a, 15a) zwei diametral gegenüberliegende Vorsprünge (P, Q) aufweist und das Verhältnis ihrer Drehgeschwindigkeiten 2 : 3 ist.

9. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehr der zweiten mit Vorsprung versehenen Rotoren in den ersten mit Aussparung versehenen Rotor eingreifen.

10. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Öffnungen (20, 24) in einer Endfläche des ersten Rotors eine Rotoröffnung (20, 24) aufweist, die radial zu ihrer entsprechenden Aussparung (R, W) versetzt ist und mit dieser durch einen Durchgang (19) in dem Rotor (14b, 15b) in Verbindung steht.

11. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jede der Öffnungen (20, 24) in einer Endfläche eines Rotors (14b, 15b) das Ende einer abgeschrägten Nut in der entsprechenden Aussparungsfläche aufweist.

12. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotoren in einem Gehäuse (25) eingeschlossen sind, das erste und zweite bogenförmige Aussparungen aufweist, die jeweils mit den ersten und zweiten Rotoren koaxial sind und eine Gleitdichtung mit diesen bilden, so daß für einen Abschnitt einer Drehung bevor und/oder nachdem der Vorsprung (V, P) durch die Aussparung in dem ersten Rotor hindurchgeht, zwischen den Rotoren und dem Gehäuse (25) eine zusätzliche vorübergehend vorhandene Kammer von progressiv zunehmendem oder abnehmendem Volumen (K, J) definiert ist, die mit der vorübergehend vorhandenen Kammer (Y, R) zwischen den Rotoren in Verbindung steht.