DE69937367T2

DE69937367T2 - Rotationsmaschine mit verbesserter zugangskühlung und schmierung

Info

Publication number: DE69937367T2
Application number: DE69937367T
Authority: DE
Inventors: Paul S. Dixon MOLLER
Original assignee: Moller International Inc
Current assignee: Moller International Inc
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: AU1939800A; EP1141530A1; DE69937367D1; US6164942A; EP1141530B1; WO2000036286A1; EP1141530A4; JP2003524722A; CA2355653A1

Description

Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich allgemein auf Rotationsmaschinen. Genauer gesagt bezieht sich die gegenwärtige Erfindung auf eine verbesserte Konfiguration für einen Rotor- und Einlassladungszugang, die eine erheblich gleichförmigere Einlassladekühlung eines Rotationsmotors des Wankeltyps bereitstellt. Es werden verbesserte Wärmeübertragungseinrichtungen in Rotorhohlräumen angegeben, und eine neue Dichtungschmieranordnung ist eingeschlossen.
Rotationsmaschinen des Wankeltyps werden allgemein in vielen Anwendungen verwendet, wozu Automobile und andere Kraftfahrzeuge gehören. Diese Motoren arbeiten gemäß einem Viertaktverfahren mit vier Takten, die Einlass, Kompression, Expansion und Auslass einschließen. Die 1A bis 1D illustrieren Seitenansichten einer typischen herkömmlichen Rotationsmaschine in den vier Arbeitstakten.
Wie in den 1A bis 1D gezeigt, schließt die Maschine typischerweise einen Rotor 102 ein, der drei Flanken aufweist, die Verbrennungsflächen 101a, 101b und 101c bilden, die zwischen drei Apexen angeordnet sind, sowie eine Kurbelwelle 104, die einen Exzenter 105 aufweist, der innerhalb eines Rotorgehäuses 106 angeordnet ist. Das Rotorgehäuse 106, das eine Innenfläche 107 in der Form einer peritrochoiden Kurve aufweist, schließt einen Einlassanschluss 108 und einen Auslassanschluss 110 ein. An den Enden des Rotorgehäuses 106 sind Endplatten (nicht dargestellt) befestigt, um eine geschlossene Kammer 112 zu bilden.
Der Rotor 102 greift an dem Exzenter 105 der Kurbelwelle über ein Rotorlager (nicht dargestellt) an, das typischerweise einen inneren Lagerring, einen äußeren Lagerring und eine Mehrzahl von Lagerrollen aufweist. Der Rotor 102, der die Kurbelwelle 104 antreibt, weist Rotorzahnräder 114 auf, die in Kurbelwellenzahnräder 116 der Kurbelwelle eingreifen. Der Rotor dreht sich mit einem Drittel der Geschwindigkeit der Kurbelwelle und zündet einmal pro Umdrehung der Kurbelwelle.
Im Betrieb dienen die drei Verbrennungsflächen 101a, 101b und 101c dann, wenn sich der Rotor 102 dreht, dazu, abwechselnd mit der Innenfläche des Gehäuses 106 zusammenzuwirken, um ein Einlassvolumen, ein Kompressionsvolumen, ein Zündvolumen und ein Auslassvolumen der geschlossenen Kammer 112 zu bilden.
1A zeigt insbesondere den Einlasstakt, während dessen der Einlassanschluss 108 offen ist und die Rotorfläche 101a ein Einlassvolumen 109 der geschlossenen Kammer definiert, die sich im Volumen vergrößert, um von einer äußeren Quelle, wie etwa einem Vergaser (nicht dargestellt) Ladung anzusaugen. 1b zeigt die Maschine insbesondere während des Kompressionstaktes, bei dem das Kompressionsvolumen 111 verkleinert wird, um die Ladung zu komprimieren. 1c zeigt den Zündtakt 113, während dessen komprimierte Ladung durch einen Zündfunken gezündet wird, um eine Kraft zu erzeugen, die den Rotor herumdrückt, während die gezündete Ladung expandiert. 1d zeigt bei 115 den Auslasstakt, bei dem der Inhalt des Auslassvolumens über den Auslassanschluss 110 abgegeben wird, um die Maschine für einen anderen Takt vorzubereiten. Man beachte, dass die Rotorflächen 101b und 101c gleichermaßen Einlass-, Kompressions-, Verbrennungs- und Auslasstakte definieren, während sich der Rotor 102 innerhalb des Gehäuses 106 dreht.
2A zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der herkömmlichen Maschine gemäß 1A. Der Rotor 102 schließt eine zentrale Nabe 117 ein, die eine Mittelachse A aufweist, Rotorflanken 118, sowie Flankenaufnahmen 119, die sich quer zu der Mittelachse erstrecken und die Nabe mit den Flanken verbinden. Wie dargestellt, weist die Maschine ferner eine erste Endplatte 122 und eine zweite Endplatte 124 zur Befestigung an ersten und zweiten Enden des Rotorgehäuses 106 auf, um die geschlossene Kammer 112 zu bilden.
Das Gehäuse 106 weist Zündkerzenlöcher 126 auf, die hier durchgebohrt sind, um Zündkerzen (nicht dargestellt) aufzunehmen, die zur Zündung verwendet werden. Das Gehäuse 106 schließt ferner periphere Anschlüsse 128 ein, die zur Kammer 112 offen sind, um einen Ladungsfluss in die Kammer zu erlauben, wie nachfolgend beschrieben wird.
Der Rotor 102 schließt Ladungsflussdurchlässe 130 ein, die zwischen den Flankenaufnahmen 119 angeordnet sind und die es erlauben, dass Ladung parallel zur Kurbelwelle 104 (1A) durch den Rotor von der ersten Endplatte 122 zu der zweiten Endplatte 124 fließt, wie nachfolgend beschrieben wird. Da der Rotor 102 Flussdurchlässe 130 aufweist, weist der Rotor kein strukturelles Stützmaterial an Orten auf, an denen eine Unterstützung besonders effektiv Festigkeit für den Rotor unterstützen würde. Um den Rotor zu kompensieren und zu verstärken, muss dem Rotor an anderer Stelle mehr Material hinzugefügt werden, wodurch sein Gewicht nachteilig vergrößert wird. Das Gewicht des Rotors ist kritisch, da es das Gewicht der Kurbelwelle 104 (1A) beeinflusst, die Größe des erforderlichen Gegengewichtes, die Größe des Rotorlagers (nicht dargestellt), sowie die Gesamtstruktur der Maschine.
Die erste Endplatte 122 schließt einen Kraftstoff-/Luft-Einlass 132 ein, der Ladung von einer äußeren Quelle (nicht dargestellt) erhält. Die erste Endplatte 122 schließt auch einen ersten Anschluss 134 ein, der von einem Hohlraum oder einem Schlitz an der Innenfläche 133 der ersten Endplatte gebildet ist und zu verschiedenen Zeiten zu den Flussdurchlässen 130 und dem Inneren 123 des Rotors 102 offen ist. Der erste Anschluss 134 steht mit dem Einlass 132 in Verbindung und erlaubt einen Fluss von Ladung aus der äußeren Quelle in die Flussdurchlässe 130 des Rotors 102.
Die zweite Endplatte 124 schließt eine Verteilungskammer 135 ein, die von einem Hohlraum in einer Innenfläche 137 der zweiten Endplatte gebildet ist und zu der Kammer 112 hin offen ist. Die Verteilungskammer 135 hat einen Seitenanschluss 136, der von den Kanten der Verteilungskammer 135 und einer gestrichelten Linie 141 definiert ist. Der Seitenanschluss 136 steht mit der geschlossenen Kammer 112 in Verbindung, kann jedoch durch den Rotor 102 abgetrennt werden. Der verbleibende Teil der Verteilungskammer 135 außer dem Seitenanschluss 136 ist identisch zu dem ersten Anschluss 134 und steht mit Flussdurchlässen 130, dem Inneren 123 des Rotors 102 und dem Durchlass 152 in Verbindung. Die zweite Endplatte 124 weist keinen Kraftstoff-/Luft-Einlass auf. Der Seitenanschluss 136 erhält die Ladung von dem ersten Anschluss 134 der ersten Endplatte über die Flussdurchlässe 130 des Rotors und die Verteilungskammer 135. Die Verteilungskammer 135 steht in Verbin dung mit einem Anschlussauslass 138, der an der Innenfläche eines Flansches der zweiten Endplatte gebildet ist. Der Auslass 138 stellt einen Durchlass von aufgeladener Luft von der Verteilungskammer 135 zu einem peripheren Anschlusseinlass 140 des Rotorgehäuses 106 bereit, wenn die zweite Endplatte 124 an dem Rotorgehäuse 106 befestigt ist.
Bei der dargestellten Maschine wird Einlassladung ausschließlich über den Kraftstoff-/Luft-Einlass 132 der ersten Endplatte 122 erhalten. Die Maschine verwendet deshalb eine einzige Einlassanschlusskonfiguration, bei der Kühlladung nur von einer Seite der Maschine von einer äußeren Quelle aus in die Maschine eintritt. Die Anschlusskonfiguration ist im Wesentlichen durch den Einlass 132, den ersten Anschluss 134, die Flussdurchlässe 130 des Rotors, die Verteilungskammer 135, den Seitenanschluss 136, den Seitenanschlussauslass 138, den peripheren Anschlusseinlass 140 und die peripheren Anschlüssen 128 gebildet. Der exakte Flussweg von Ladung durch die Anschlusskonfiguration der Maschine variiert mit der Position und der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 102. Die Flusswege 142, 144 und 146 verdeutlichen den Fluss von Ladung durch die Maschine.
Gemäß dem Flussweg 142 fließt die Ladung wie folgt: (1) von einer äußeren Quelle (nicht dargestellt) durch den Kraftstoff-/Luft-Einlass 132 des ersten Endes des Gehäuses 133 zu dem ersten Anschluss 134; (2) durch die Flussdurchlässe 130 des Rotors parallel zur Kurbelwelle 104 (1A); (3) zur Verteilungskammer 135 der zweiten Endplatte und (4) in die geschlossene Kammer 112 über dem Flussweg 144 und/oder über den Flussweg 146. Die Ladung fließt von dem Seitenanschluss 136 direkt in die Kammer 112, was einer teilweisen Abdeckung durch den Rotor 102 unterworfen ist. Die Ladung fließt auch von der Verteilungskammer 135 entlang eines anderen Weges 146 über den Durchlass 152, den Seitenanschlussauslass 138, den peripheren Anschlusseinlass 140 und die peripheren Anschlüsse 128 in die geschlossene Kammer 112.
Da Ladung nur von der ersten Endplatte 122 in die Maschine einströmt, bildet die Seite des Rotors neben der Endplatte 122 über den ersten Anschluss 134 und den Fluss durch den Rotor 102 ein Ladungseintrittsende des Rotors. Da auch keine Kühlladung in den Seitenanschluss 136 direkt von einer äußeren Quelle eintritt, wird die zweite Endplatte als eine Ladungsausgangsseite des Rotors bezeichnet. Während die Ladung durch die Flussdurchlässe 130 des Rotors gelangt, nimmt sie Wärme über den Flussweg 142 auf, und ihre Kühlfähigkeit wird auf der Ausgangsseite des Rotors verringert. Somit könnte die Rotortemperatur an der Ausgangsseite der Maschine neben der zweiten Endplatte 142 so hoch wie 100°F heißer als die Temperatur an der Eingangsseite des Rotors in der ersten Endplatte 122 sein.
2B zeigt einen axialen Querschnitt der herkömmlichen Maschine durch die peripheren Anschlüsse 128. Der Rotor 102 schließt Seitendichtungen 149 ein, die sich von den Rotorflanken 118 zum Abdichten der Seite des Rotors zu den inneren Wänden der ersten und zweiten Endplatten 122 und 124 erstrecken. Ein Durchlass 150, der in der ersten Platte 122 gebildet ist, stellt eine Verbindung zwischen dem Kraftstoff-/Luft-Einlass 132 und dem ersten Anschluss 134 bereit. Der erste Anschluss 134 steht direkt mit Flussdurchlässen 130 des Rotors 102 in Verbindung und ist durch die Flanken und die Seitendichtungen des Rotors 102 gegen eine direkte Verbindung zur Kammer 112 isoliert. Ein Durchlass 152, der in der zweiten Endplatte 124 gebildet ist, stellt einen Verbindungsweg zwischen der Verteilungskammer 135 und dem Seitenanschlussauslass 138 und einem Durchlassweg 154 bereit, der im Gehäuse 106 gebildet ist, und verbindet den Einlass 140 und den Auslassanschluss 128. Gemäß dem Ladungsflussweg 144 fließt Ladung von dem Seitenanschluss 136 direkt in die geschlossene Kammer 112. Gemäß dem Ladungsflussweg 146 fließt Ladung aus der Verteilungskammer 135 in die geschlossene Kammer 112 über die Durchlässe 152 und 154.
Wie erwähnt, ist der Exzenter 117 der Kurbelwelle 104 drehmäßig mit dem Rotor 102 über ein Rotorlager 158 gekoppelt, dass typischerweise eine Mehrzahl von Rollenlagerelementen aufweist, die zwischen einem inneren und einem äußeren Lagerring eingeschlossen sind. Das Lager 158 läuft bei dieser Art von herkömmlicher ladegekühlter Maschine nicht in Öl und muss deshalb ein Rollenlager verwenden, im Vergleich zu einem hydrodynamisch geschmierten Lager.
Wenn eine Seite des Rotors 102 sogar nur wenig heißer als die gegenüberliegende Seite ist (so gering wie 6°C (10°F)), wird der Lagerring des Lagers 158 auf der heißeren Seite des Rotors etwas größer sein, infolge der Unterschiede der thermischen Ausdehnung über das Lager. Da die Temperatur an der Austrittseite der dargestellten Maschine neben der zweiten Endplatte 124 tatsächlich so viel wie 56°C (100°F) heißer als an der Eintrittseite der Maschine neben der ersten Endplatte 122 ist, wird bewirkt, dass sich der Lagerring axial aufweitet und dass eine Endlast auf den Lagerrollen auftritt, die die Lastaufnahmefähigkeit und die Lebensdauer des Lagers 158 deutlich reduziert. Ferner bewirkt dieser Konuseffekt, dass der Rotor zu einer Seite schiebt und dass die Reibung und die Abnutzung des Rotors 102 deutlich zunimmt, insbesondere an den Seitendichtungen 149 des Rotors. Die Seitenspannung kann auch zu einem seitlichen Drücken der inneren Wände 133 und 137 der Endplatten 122 und 124 (2A) des Gehäuses 106 führen. Der Konuseffekt begrenzt auch die maximale Drehzahl des Rotors unter hohen Kompressionslasten.
Ferner liefert bei der herkömmlichen Maschine der schnelle Durchlass von Ladung durch den Rotor 102 nur eine begrenzte Möglichkeit zur Gesamtkühlung des Rotors. Deshalb kann die Temperatur des Rotorlagers 158 so hoch wie 400°F werden, der Punkt, an dem die Schmierung zu versagen beginnt und metallurgische Veränderungen (Kornwachstum) an dem Lagermaterial aufzutreten beginnen. Die Einlassladung kann auch durch den Rotor 102 nur während eines Teils des Einlasstaktes gelangen und somit kann die Maschine für einen Teil des Einlasstaktes verhungern, so dass es notwendig sein kann, einen zusätzlichen Ladungsflussweg bereitzustellen, indem Ladung durch den Exzenter 105 der Kurbelwelle 104 geführt wird. Indem dies gemacht wird, könnte eine Seite des Exzenters 105 mehr als die andere Seite gekühlt werden. Dieser Effekt verursacht ein zusätzliches asymmetrisches Kühlsystem zusätzlich zu der Tatsache, dass die Ladungsmenge zur Gesamtkühlung des Rotors zur Verfügung steht, reduziert wird.
Ferner führt das Fehlen einer wirkungsvollen Stützstruktur bei dieser Querflussanordnung dazu, dass ein großer Teil der strukturellen Stützstruktur des Rotors 102 zwischen der Rotorfläche und dem Lager an einem Punkt platziert wird, der eng benachbart ist. Dies führt dazu, dass sich ein großer Wärmefluss an einem Punkt akkumuliert, an dem es eine geringe Oberfläche gibt, um Wärme abzugeben.
Historisch wurde bei allen Zweitaktmaschinen und Rotationsmaschinen Öl in den Luftstrom injiziert, um die Ringe oder Dichtungen zu schmieren. Insbesondere werden bei allen ladungsgekühlten Rotationsmaschinen die Dichtungen vollständig geschmiert, indem entweder Schmieröl durch den Luftstrom injiziert wird, oder indem Öl mit dem Kraftstoff gemischt wird, was zum selben Ergebnis führt.
Wenn Öl in den Luftstrom gelangt, wird es problematisch, ob tatsächlich viel davon zur Schmierung der Maschine beiträgt. Andererseits bleibt das Öl in der Ladung verteilt und wird teilweise zusammen mit dem Kraftstoff verbrannt. Es ist eine große Quelle von verbrannten und unverbrannten Abgasteilen bei einem Zweitaktmaschinenbetrieb.
In der Praxis müssen Zweitaktmaschinen Öl in den Luftstrom injizieren. In der Folge führt dieses Öl zu Teilchen, die kürzlich als krebserregend und mutagen identifiziert wurden. Ferner bleiben diese Ölteilchen anders als Kraftstoff, der das Wasser nicht verlässt, um in die Luft einzutreten, nicht suspendiert, treten in das Wasser ein und verbleiben dort, wo sie den größten Umweltschaden verursachen können. Selbst wenn die Zweitaktmaschine sehr kraftstoffsparend wird, obwohl dies unwahrscheinlich ist, verbleibt dieses Problem als ein erheblicher Teil bei jeder Zweitaktmaschine, die einigermaßen kostengünstig ist. Bekannte Viertaktrotationsmaschinen, wie die die von Mazda, OMC, RPI und Norton hergestellt werden, injizieren alle Öl in den Luftstrom (allgemein geringere Mengen als bei Zweitaktern). Viertaktkolbenmaschinen injizieren kein Öl, sind jedoch unpraktikable Kandidaten zur Verwendung bei gewichts- und volumensensitiven Freizeitfahrzeugen, Hybridautomobilen und tragbaren Generatoren.
Burtis ( US-Patent Nr. 5,203,307 ) offenbart eine Rotationsmaschine, die ein verbessertes Ölschmierungssystem zur Schmierung von Apex-Dichtungen eines Rotors auf weist. Das von Burtis beschriebene Schmiersystem steht im Kontrast zu herkömmlichen konventionellen Verfahren zum Schmieren von Apex-Dichtungen, indem Öl in den Lufteinlass in der Verwendung eines separaten Ölpumpensystems injiziert wird. Solche herkömmlichen Systeme führten zu schlechten Schmierergebnissen, Kohlenstoffbildung auf der Rotorfläche und auf dem Maschinengehäuse und zu verstärkter Verschmutzung durch Ölverbrennung in der Verbrennungskammer.
Das von Burtis offenbarte Ölschmierungssystem schließt Folgendes ein: einen axialen Kurbelwellendurchlassweg, der in einer Kurbelwelle gebildet ist, in den Öl fließt; einen Lappendurchlassweg, der in dem Lappen oder dem Exzenter auf der Welle gebildet ist, der an einem Ende mit dem Kurbelwellendurchlassweg in Verbindung steht und an dem anderen Ende mit einem Rotorrollenlager; und einen Rotordurchlassweg, der sich durch den Rotor zu dem Apex des Rotors erstreckt. Während des Betriebs des Maschinensystems fließt Öl durch den Kurbelwellendurchlassweg in den Lappendurchlassweg und in das Rotorrollenlager, um das Rollenlager zu schmieren. Von dem Rollenlager fließt dann Öl durch einen offenen Lagerring in den Rotoröldurchlassweg, um die an den Apexen des Rotors angeordneten Apex-Dichtungen zu schmieren. Ein kleiner Anteil des Öls fließt durch den Durchlassweg zur Schmierung der Apex-Dichtungen von der Innenseite des Rotors.
Ein Problem mit der Rotationsmaschine, die von Burtis beschrieben ist, besteht darin, dass keine wirksame Schmierung für die Seitendichtungen des Rotors bereitgestellt wird. Ein anderes Problem mit der von Burtis beschriebenen Rotationsmaschine besteht darin, dass Öl von dem Rotordurchlassweg nicht gleichmäßig verteilt wird, d. h. von dem Apex des Rotors zu der Innenwand des Rotorgehäuses, da Kraftstoff-/Luft-Ladung in das Rotorgehäuse von einer Seite injiziert wird, und es deshalb einen nicht ausgewichteten Ladungsfluss gibt, der bewirkt, dass das Schmiermittel ungleichmäßig fließt.
Noch ein weiteres Problem der herkömmlichen Rotationsmaschinen betrifft die Fähigkeit der Maschine, Wärme von den Maschinenteilen, die den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind, wie etwa den Apex-Dichtungen, den Seitendichtungen und der Rotorlagerstruktur aus abzuführen. Ladegekühlte Rotationsmaschinen waren historisch in ihrer Leistungsabgabe durch eine Notwendigkeit beschränkt, ausreichend Wärme von den Apex-Dichtungen abzuführen, während nicht zu viel Wärme in das Rotorlager übertragen wurde. Diese schwierige Balance hat es von den Designern von Rotationsmaschinen gefordert, innerhalb enger Grenzen von Umdrehungszahlen und Pferdestärken (PS) zu arbeiten. Da die Wärmeübertragungen eine Funktion der Rotorumdrehungszahl und des Luftflusses ist, ist es nicht möglich, eine typische ladegekühlte Maschine mit einer deutlichen Leistung zu betreiben, wenn man bei niedriger Umdrehungszahl arbeitet, bei der der Lufteinlassfluss gleichfalls niedriger ist.
Eine ladegekühlte Rotationsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-A-3 180 323 bekannt.
Die bekannte Maschine weist einen Lagerflansch auf, der mit Rippen versehen ist, sowie mit Versorgungsdurchlässen, durch die ein gasförmiges Kühlmedium fließen kann. Nach dem Durchfließen der Durchlässe tritt das gasförmige Kühlmedium in eine ringförmige Versorgungskammer ein, die zu dem Rotor hin offen ist und innerhalb des Bereiches der Innenfläche der Endwand liegt, die durchgehend von dem Rotor bedeckt ist oder von seinen Gas-Seitendichtungen begrenzt ist, wenn sich der Rotor in Bezug auf den äußeren Körper dreht. Das gasförmige Kühlmedium fließt durch einen Hohlraum innerhalb des Rotors, der zu beiden Endwänden hin offen ist. Nach dem Passieren des Hohlraums des Rotors fließt das gasförmige Kühlmedium in eine ringförmige Sammelkammer in der Endwand.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Rotationsmaschine zu offenbaren, die verbesserte Kühlcharakteristika aufweist. Insbesondere soll die Rotationsmaschine eine im Wesentlichen gleichförmige Ladungskühlung entlang ihrer Axialrichtung haben, insbesondere in Bezug auf die gegenüberliegenden Enden des Rotors, um die Lebensdauer der Rotorlager zu verlängern und um die Seitenkrafttendenz des Rotors deutlich zu reduzieren. Vorzugsweise soll der Rotor leichter als herkömmliche Rotoren der gleichen Gesamtgeometrie sein, wodurch das Gesamtge wicht der Maschine reduziert wird. Vorzugsweise soll die Maschine auch ein verbessertes Schmiersystem haben, das die Notwendigkeit eliminiert, Kraftstoff und Öl vorzumischen oder Öl in den Ladungsflussstrom zu injizieren, um die Ringe und Lager zu schmieren, wobei das Schmiersystem eine effiziente und gleichmäßige Schmierung für die Seitendichtungen und Apex-Dichtungen bereitstellen soll. Weiter vorzugsweise soll die Maschine Mittel zur Übertragung einer optimalen Wärmemenge von den Apex-Dichtungen aufweisen, ohne dass ein Überheizen der Rotorlager erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch eine ladegekühlte Rotationsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Kurz gesagt, schließt eine gegenwärtig bevorzugte Ausführung der gegenwärtigen Erfindung eine ladegekühlte Rotationsmaschine ein, die ein Gehäuse mit einer Innenwand von einer peritrochoidalen Konfiguration hat, eine erste Endplatte, die an einem Ende des Gehäuses befestigt ist, und eine zweite Endplatte, die an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses festgelegt ist, um eine geschlossene Kammer zu definieren. Eine langgestreckte Welle erstreckt sich durch die geschlossene Kammer und weist einen darin aufgenommenen Exzenter auf. Ein Rotor schließt drei Flanken von einer allgemein trochoidalen Form ein, eine zylindrische Nabe und einen Steg, der sich quer davon in Bezug auf die Nabe erstreckt und mittlere Bereiche der Flanken mit der Nabe verbindet, ist innerhalb der Kammer angeordnet und arbeitet mit dem Exzenter zusammen. Der Steg, die Flanken und die Nabe bilden Rotorhohlräume an gegenüberliegenden Enden des Rotors, und die Rotorflanken dienen dazu, abwechselnd mit den Innenwänden des Gehäuses zusammenzuwirken, um eine Einlasskammer, eine Kompressionskammer und eine Verbrennungskammer zu definieren. Ein erster Einlass, der in der ersten Endplatte zur Aufnahme von Kraftstoff-/Luft-Ladung gebildet ist, endet in einem ersten Einlassanschluss, der der geschlossenen Kammer gegenüberliegt. Ein zweiter Einlass, der in der zweiten Endplatte gebildet ist, um Kraftstoff-/Luft-Ladung aufzunehmen, endet in einem zweiten Einlassanschluss, der der geschlossenen Kammer zugewandt ist. Eine erste Verteilungskammer, die in der ersten Endplatte proximal zu dem ersten Einlassanschluss gebildet ist, ist zu der geschlossenen Kammer und einer ähnlichen zweiten Verteilungskammer offen, die in der zweiten Endplatte proximal zu dem zweiten Einlassanschluss gebildet ist, ist gleichfalls zu der geschlossenen Kammer hin offen. Die Einlassanschlüsse sind positioniert, um direkt mit den Rotorhohlräumen zu kommunizieren und sind gegen eine direkte Verbindung mit irgendeiner der Einlass-Kompressions- und Verbrennungskammern durch die Rotorflanken abgedichtet. Die erste und zweite Verteilungskammer sind positioniert, abwechselnd direkt mit den Einlassanschlüssen über die Rotorhohlräume zu kommunizieren und sind einer teilweisen Abdeckung durch die Nabe ausgesetzt und können abwechselnd direkt mit der Einlasskammer in Verbindung stehen, wiederum abhängig von der Abdeckung durch die Rotorflanken.
Die Antriebswelle hat einen sich axial darin erstreckenden Hohlraum, der sich von einem ersten Punkt proximal zu einem Ende zu einem zweiten Punkt proximal zum gegenüberliegenden Ende der Welle erstreckt. Der Hohlraum hat einen allgemein kreisförmigen Querschnitt, der sich von dem ersten und dem zweiten Ende der Welle zu der Mitte des Exzenters, bei dem der Querschnitt des Hohlraums am größten ist, erweitert.
Bei einer alternativen Ausführung hat die Welle eine Mehrzahl von darin gebildeten Durchlasswegen zur Aufnahme von Schmiermittel in dem Hohlraum von einer zu dem Hohlraum externen Quelle sowie zum Durchleiten des Schmiermittels von dem Hohlraum zu der Rotorlagerstruktur. Während sich der Rotor dreht, bewirkt eine Zentrifugalkraft, dass Schmiermittel von dem Hohlraum in der Rotorlagerstruktur von der Rotorlagerstruktur entlang der Rotornabe zu der ersten und zweiten Endplatte fließt, sowie zu den Seitendichtungen, entlang der Seitendichtungsschlitze und in die Apex-Schlitze, und deshalb zu den Apex-Dichtungen.
Wärmeübertragungsanordnungen sind in den Rotorhohlräumen angeordnet, um Wärme von dem Rotor zu der Ladung zu übertragen, die in die Rotorhohlräume fließt und daraus heraus. Der erste und der zweite Einlass-/Verteilungsanschluss stellt einen im Wesentlichen ausbalancierten Fluss der Kraftstoff-/Luft-Ladung in die Hohlräume an ihrer Seite des Rotors unmittelbar vor dem Eintritt in die Verbrennungskammer, sowie daraus heraus bereit. Der Ladungsfluss durch die Rotorhohlräume gelangt durch die Wärmeübertragungsanordnungen derart, dass Wärme von den Anordnungen von dem Rotor ihrerseits zu der Ladung übertragen wird. Der Steg schließt wenigstens eine Öffnung ein, die sich hierdurch erstreckt, um den Ladungsdruck in den Rotorhohlräumen zu vergleichmäßigen.
Ein Vorteil der gegenwärtigen Erfindung besteht darin, dass Kraftstoff-/Luft-Ladung in die Rotorhohlräume über den ersten und den zweiten Seitenanschluss fließt, um eine effiziente und gleichförmige Kühlung für beide Enden des Rotors vor dem Fluss zu der Einlasskammer über die Verteilungskammer bereitzustellen.
Ein anderer Vorteil besteht darin, dass das symmetrische Kühlen des Rotors herkömmliche Probleme weitgehend eliminiert, wozu die Endbelastung von Rotorlagern gehört, der Seitenschub des Rotors und die Notwendigkeit, Ladung durch den Exzenter zu führen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Rotor gemäß der gegenwärtigen Erfindung ein reduziertes Gewicht hat, ohne dass die Festigkeit beeinträchtigt wird, wodurch das Gesamtgewicht der Rotationsmaschine reduziert wird.
Ein anderer Vorteil der gegenwärtigen Erfindung besteht darin, dass das verbesserte Schmiersystem die Notwendigkeit eliminiert, Kraftstoff und Öl vorzumischen oder Öl in dem Ladungsflussstrom zu injizieren, wobei jedoch eine effiziente und gleichmäßige Schmierung aller Lager als auch der Seitendichtungen und Apex-Dichtungen bereitgestellt wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die in den Rotorhohlräumen vorgesehene Wärmeübertragungsanordnung eine optimale Wärmeübertragung von den Apex-Dichtungen und dem Rotorlager bereitstellen.
Noch ein weiterer Vorteil ist die Bereitstellung eines Mittels, um den Temperaturgradienten entlang der Flächen von jeder der Flanken zu minimieren und somit eine im Wesentlichen gleichförmige Temperatur entlang der Flächen derselben zu ermöglichen, wodurch die thermisch induzierte Spannung des Rotors während des Betriebes reduziert wird und dadurch die Lebensdauer des Rotors vergrößert wird.
Die vorhergehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der gegenwärtigen Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführung unter Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren der Zeichnung deutlich. In der Zeichnung:
1A bis 1D verdeutlichen den Betrieb einer typischen herkömmlichen Rotationsmaschine, die in vier Takte eines Viertaktverfahrens arbeitet;
2A ist eine perspektivische Explosionsansicht einer herkömmlichen ladegekühlten Maschine;
2B ist ein axialer Querschnitt der Maschine gemäß 2A;
3 ist eine explosionsartige perspektivische Ansicht einer ladegekühlten Rotationsmaschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung;
4 ist eine Seitenansicht einer Endplatte der Maschine gemäß 3;
5 ist eine Querschnittsansicht der Maschine gemäß 3 allgemein entlang der Linie 5-5 gemäß 4;
6 ist eine axiale Querschnittsansicht der Maschine gemäß 3 allgemein entlang der Linie 6-6 gemäß 4;
7 ist eine axiale Querschnittsansicht der Maschine gemäß 3 allgemein entlang der Linie 7-7 gemäß 4;
8–11 sind schematische Querschnittsansichten der Maschine gemäß 3, die Rotorpositionen zeigen, während sich dieser durch eine Sequenz von Phasen ähnlich der in den 1A–1D dargestellten bewegt;
12 zeigt eine Graphik, die Kurven einschließt, die die Flussgeschwindigkeit von Ladung in ein Einlassvolumen der Maschine gemäß 3 über der Winkelposition des Rotors bei langsamer Maschinengeschwindigkeit und hoher Maschinengeschwindigkeit darstellt;
13 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer alternativen Ausführung eines Rotordesigns, bei dem muschelförmige Ausnehmungen an einer Innenfläche der Nabe desselben gebildet sind;
14 ist eine perspektivische Ansicht des Rotors gemäß 13, der zusätzlich eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsanordnungen aufweist, die in die Rotorhohlräume den Rotor-Apexen zugewandt eingeführt sind;
15 ist eine axiale Querschnittsansicht des Rotors gemäß 14;
16a–16B sind Ansichten, die eine der in 14 gezeigten Wärmeübertragungsanordnungen verdeutlichen und
17 ist eine axiale Querschnittsansicht, die allgemein entlang der Linie 17-17 gemäß 10 gezeichnet ist und ein verbessertes Schmiersystem gemäß der gegenwärtigen Erfindung zeigt.
Nunmehr bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigt 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer ladegefüllten Rotationsmaschine gemäß der gegenwärti gen Erfindung. Die Maschine weist einen Rotor 202 auf, der befestigt ist, um innerhalb eines Rotorgehäuses 204 zu rotieren, eine erste Endplatte 206 und eine zweite Endplatte 208. Die Endplatten 206, 208 sind dazu ausgebildet, an den gegenüberliegenden Enden des Rotorgehäuses 204 befestigt zu werden, um eine geschlossene Kammer 210 zu bilden. Die Innenwand des Rotorgehäuses ist von einer peritrochoidalen Konfiguration.
Der Rotor 202 weist eine zylindrische Nabe 213, einen Steg 214 und drei Rotorflanken 215 auf, die eine allgemein trochoidale Form bilden. Der Rotor 202 hat eine allgemein I-Träger-förmige Querschnittskonfiguration, und in einer bevorzugten Ausführung ist er in einem Gießverfahren hergestellt. Der I-Träger-Querschnitt ist durch die Nabe als den Basisflansch definiert, die Flanke als Deckflansch, und der Steg 214 als der I-Träger-Steg. Der Steg 214 erstreckt sich quer von der Nabe und verbindet mittige Bereiche der Rotorflanken mit der Nabe. An jedem Ende des Rotors 202 ist durch die Nabe 213, den Steg 214 und die Rotorflanken 215 ein Rotorhohlraum 217 definiert. Eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 216 ist in dem Steg 214 als Teil des Gießverfahrens gebildet, um den Rotor einerseits leichter zu machen und um andererseits einen im Wesentlichen gleichen Druck in den Rotorhohlräumen 217 und entlang der Länge des Rotors zu erhalten.
Als eine Folge der I-Träger-Konfiguration und der Löcher 216 ist der Rotor 202 15% leichter als herkömmliche Rotoren von allgemein derselben Geometrie und Größe. Dieses reduzierte Gewicht führt zu einer 40% längeren Lagerdauer für die Rotorlager (nicht dargestellt), die den Rotor halten, wie nachfolgend beschrieben wird, und da das Gewicht des Rotors ungefähr 10% der Maschine ausmacht und da das Gesamtgewicht eines Gegengewichtes (nicht dargestellt) und anderer struktureller Komponenten der Maschine sich ungefähr mit dem Zweifachen des Rotorgewichtes vergrößert, ist die gesamte Gewichtseinsparung der Maschine bei der gegenwärtigen Erfindung ungefähr 5%, als ein direktes Ergebnis der I-Träger-Rotorkonfiguration.
Während der Rotor 202 gedreht wird, dienen die Rotorflanken 215 dazu, sich abwechselnd mit dem Gehäuse 204 zu kombinieren, um ein Einlassvolumen, ein Kompressionsvolumen, ein Zündvolumen und ein Abgasvolumen der Kammer 210 während der betreffenden Takte, dem Einlasstakt, dem Kompressionstakt, dem Zündtakt und dem Abgastakt zu bilden. Die durch das Rotorgehäuse 204 gebohrten Löcher 210 nehmen Zündkerzen auf, die eine Zündung des Kraftstoffs-/Luft-Gemisches in dem Verbrennungsvolumen bewirken, das als Ladung bezeichnet wird. Ein im Rotorgehäuse 204 gebildeter Abgasanschluss 212 stellt einen Ausgangsweg für Abgas aus dem Abgasvolumen bereit.
Die dargestellte Maschine hat gemäß der gegenwärtigen Erfindung eine ausgeglichene Kühlanschlusskonfiguration, die eine im Wesentlichen gleichförmige Ladekühlung entlang der Maschinenachse und an beiden Enden des Rotors 202 bereitstellt. Die Endplatte 206 schließt einen ersten Kraftstoff-/Lufteinlass 218 an ihrem äußeren Umfang ein, um Ladung von einer äußeren Quelle (nicht dargestellt), wie etwa einem Vergaser zu erhalten. Die Endplatte 206 schließt ferner ein: einen ersten Einlassanschluss 220, der zur Kammer 210 offen ist und durch einen Schlitz oder einen Hohlraum in der Innenfläche 222 der ersten Endplatte gebildet ist; und eine erste Verteilungskammer 224, die durch einen anderen Schlitz in der Innenfläche der ersten Endplatte gebildet ist, um Ladung zu erhalten und zu verteilen. Die erste Verteilungskammer 224 weist einen ersten Einlassabschnitt 224a auf, der gegenüber einer direkten Verbindung zur Kammer 210 durch Flanken 215 des Rotors 202 abgetrennt ist, und einen Seitenanschlussbereich 224b oder Seitenanschluss 224b, der mit der Kammer 210 verschiedentlich verbunden ist, um Ladung darin zu verteilen. Zum Zwecke der Erläuterung sind die ersten und zweiten Bereiche 224a und 224b in der ersten Verteilungskammer 224 durch eine gestrichelte Linie 223 geteilt dargestellt. Die Endplatte 206 weist ferner einen ersten äußeren Verbindungsanschluss 226 auf, der durch eine Bohrung in der Innenfläche eines Flansches 225 der ersten Endplatte gebildet ist. Ein erster Durchlassweg, der durch gestrichelte Linien 219 dargestellt ist, verbindet den ersten Einlassanschluss 220 mit dem Kraftstoff-/Luft-Einlass 218. Ein zweiter Durchlassweg 221 verbindet die Verteilungskammer 224 mit dem Anschluss 226, der mit einem ersten äußeren Anschlusseinlass 227 verbunden ist, der im Rotorgehäuse 204 gebildet ist, wenn die Endplatte 206 an dem Rotorgehäuse 204 befestigt ist, wie nachfolgend gezeigt und beschrieben. Der Einlass 227 steht in Verbindung mit einem ersten äußeren Anschluss 228, der in der Innenwand 229 des Gehäuse 204 gebildet ist und zur Kammer 210 hin offen ist.
Die zweite Endplatte 208 schließt einen zweiten Kraftstoff-/Luft-Einlass 230 an ihrem äußeren Umfang ein, um Ladung von einer externen Quelle (nicht dargestellt) zu erhalten. Die Endplatte 208 weist ferner auf: einen zweiten Einlassanschluss 232, der zur Kammer 210 hin offen ist und durch einen Schlitz in der Innenfläche 234 der Platte 208 gebildet ist; und eine zweite Verteilungskammer 236, die durch einen anderen Schlitz in der Innenfläche der zweiten Endplatte 208 gebildet ist, um Ladung zu erhalten und zu verteilen. Die zweite Verteilungskammer 236 schließt einen ersten Einlassabschnitt 236a ein, der gegenüber einer direkten Verbindung zur Kammer 210 durch Flanken 215 des Rotors 202 abgetrennt ist, sowie einen zweiten Seitenanschlussbereich 236b oder Seitenanschluss 236b, der verschiedentlich mit der Kammer 210 verbunden ist, um Ladung dahin zu verteilen. Zum Zwecke der Erläuterung sind der erste und der zweite Bereich 236a und 236b der zweiten Verteilungskammer durch eine gestrichelte Linie 241 geteilt dargestellt. Die Endplatte 208 schließt ferner einen zweiten äußeren Verbindungsanschluss 238 ein, der durch eine Bohrung in der Innenfläche eines Flansches 235 der Endplatte 208 gebildet ist. Der Kraftstoff-/Luft-Einlass 230 ist mit dem zweiten Einlassanschluss 232 durch einen Durchlassweg 231 verbunden, und die Verteilungskammer 236 ist mit dem zweiten äußeren Verbindungsanschluss 238 durch einen Durchlassweg 237 verbunden. Die Bohrung 238 steht mit einem zweiten äußeren Anschlusseinlass (nicht dargestellt) in Verbindung, der im Rotorgehäuse 204 gebildet ist, wenn die zweite Endplatte 208 am Rotorgehäuse befestigt ist. Der zweite äußere Anschlusseinlass ist durch einen inneren Durchlass (nicht dargestellt) mit einem zweiten äußeren Anschluss 240 verbunden, der in der Innenwand 229 des Gehäuses 204 gebildet ist und zu der geschlossenen Kammer 210 hin offen ist.
Gemäß der gegenwärtigen Erfindung wird Kühlladung erhalten, indem Ladung durch die dargestellte ausgeglichene Anschlusskonfiguration geführt wird und entlang der durch die Pfeile 246, 248, 250, 252, 254 und 256 angezeigten Wege, die durch die Kraftstoff-/Luft-Einlässe 218, 230, die Anschlusseinlässe 220, 232, die Verteilungs kammern 224, 236, die äußeren Anschlüsse 228, 240 und die Verbindungswege führen, die mit jedem dieser Anschlüsse zusammenhängen, wie nachfolgend beschrieben wird. Die I-Träger-Form des Rotors 202 ist dazu ausgebildet, zusammen mit der ausgeglichenen Kühlanschlusskonfiguration eine im Wesentlichen gleichmäßige Ladekühlung der Maschine an beiden Enden des Rotors zu erreichen. Die Ladung fließt in verschiedener Weise durch die ausgeglichene Kühlanschlusskonfiguration auf der Basis von den dynamischen Parametern des Rotors.
Die dynamischen Parameter des Rotors 202 schließen die Position und die Drehgeschwindigkeit und die auf den Rotor ausgeübte Last ein. In Abhängigkeit von den instantanen Werten der dynamischen Parameter fließt Ladung durch die Maschine entlang der verschiedenen Wege mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Im Betrieb gibt es annähernd einen Ladungsfluss von Null durch die Steglöcher 216 des Rotors, da sich ein annähernd gleicher Druck an beiden Enden des Rotors entwickeln wird. Deshalb fließt keine Ladung durch den Rotor von einem Ende der Maschine zu dem anderen. Die Ladung fließt durch die Einlassanschlüsse 220 und 232 gegenüber jedem Ende des Rotors in die Rotorhohlräume und wird dann zu den Endplatten 206 und 206 zurückgelenkt, wo sie in die Verteilungskammern 224 und 236 eintritt, in Abhängigkeit von Unterbrechungen durch Komponenten in dem Inneren des Rotors, wie nachfolgend beschrieben wird.
Wie oben angedeutet, illustrieren die Flusswege 246, 248 und 250 den Fluss von Ladung durch ein Ende der Maschine. Gemäß dem Flussweganzeiger 246 kann die Ladung fließen: (1) von einer äußeren Quelle (nicht dargestellt) durch den ersten Kraftstoff-/Luft-Einlass 218 und den Durchlassweg 219 und aus dem Einlassanschluss 220; (2) zum Rotorhohlraum 217; (3) zur Verteilungskammer 224; und (4) direkt zur Kammer 210 über den Flussweg 248 durch den Seitenanschluss 224b und/oder indirekt zur Kammer 210 durch den Durchlassweg 221, den Flussweg 250, die Bohrung 227 und den Anschluss 228.
Die Flusswege 252, 254 und 256 verdeutlichen den Ladungsfluss durch das gegenüberliegende Ende der Maschine. Beim Durchlaufen des Strömungsweges 252 fließt die Ladung: (1) von einer äußeren Quelle (nicht dargestellt) durch den Kraftstoff-/Luft-Einlass 230 und den Durchlassweg 231 zum Einlassanschluss 232; (2) zu und von dem Rotorhohlraum 217 über den Weg 252; (3) zur Verteilungskammer 236; und (4) zur Kammer 210 über den Flussweg 254 und/oder den Flussweg 256. Ladung fließt von dem Seitenanschluss 236b direkt zur Kammer 210 und über den Flussweg 256 fließt Ladung von der Verteilungskammer 236 durch den Durchlassweg 237 zur Kammer 210 über den äußeren Anschluss 240 über Durchlässe, wie nachfolgend beschrieben.
4 ist eine Seitenansicht der offenen Seite der Endplatte 206. Die geometrischen Charakteristika der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte sind gleich und einander entgegengesetzt. Die geometrischen Charakteristika der Eintrittskammer 220 und des Seitenanschlusses 224b wurden empirisch bestimmt, um den Ladungsfluss in der Maschine zu optimieren, wie nachfolgend beschrieben wird. Infolge der Charakteristika der Verteilungskammern und des Rotors 202 sind die Verteilungskammern niemals direkt mit dem Verbrennungsvolumen der Kammer 210 verbunden und stehen nur direkt mit dem Einlassvolumen der Kammer 210 in Verbindung, wie nachfolgend beschrieben. Wie oben erwähnt, ist der erste Einlassbereich 224a der Verteilungskammer 224 gegenüber einer direkten Verbindung mit der Kammer 210 durch Flanken 215 des Rotors 202 abgedeckt, und der Seitenanschluss 224b steht verschiedentlich mit der Kammer 210 in Verbindung, um Ladung dorthin zu verteilen.
Bei der bevorzugten Ausführung beträgt die kombinierte Fläche der Einlassanschlüsse 220, 232 zwischen dem 1,5- und 3-fachen der Fläche der Auslassanschlüsse 212 (3). Die Einlassanschlussfläche beträgt (in Quadratinch) ungefähr 10% der Verschiebung der Maschine in Kubikinch. Das Verhältnis der Seitenanschlussfläche zu der Eingangsanschlussfläche kann in Abhängigkeit von einem für die Maschine erforderlichen Tuning verändert werden. Bei einer Ausführung der gegenwärtigen Erfindung ist die Seitenanschlussfläche ungefähr das Zweifache der Einlassanschlussfläche.
5 ist eine Querschnittsdarstellung der Maschinenanordnung in einer Ebene, die durch die Linie 5-5 gemäß 4 dargestellt ist. Wie oben beschrieben, gibt es im Wesentlichen keinen Ladungsfluss durch die Löcher 216 im Steg 14 des Rotors, da der Druck in den Rotorhohlräumen 217 auf beiden Seiten des Steges annähernd gleich ist. Wie oben beschrieben, kann Ladung von dem Kraftstoff-/Luft-Einlass 218 zu dem Einlassanschluss 220 in den Rotorhohlraum 217 hinein und aus diesem heraus und in die Verteilungskammer 224 fließen, wo ein Teil der Ladung direkt in die Einlasskammer (Pfeil 248) eintreten kann und ein Teil der Ladung indirekt über den Anschluss 228 eintreten kann, wie durch den Pfeil 250 angedeutet. Wie weiter oben beschrieben und hier dargestellt, kann Ladung von dem Kraftstoff-/Luft-Einlass 230 zum Einlassanschluss 232 in den Rotorhohlraum 217 und aus diesem heraus und in die Verteilungskammer 236 fließen, wo sie sich wiederum aufteilt, bevor sie in die Einlasskammer eintritt, wie durch die Pfeile 254 und 256 angedeutet ist.
Das Rotorgehäuse 204, die erste Endplatte 206 und die zweite Endplatte 208 weisen ferner Wasserdurchlässe auf, die bei 257 gezeigt sind, um Wasser durch das Gehäuse und die Endwände zu pumpen, um die Kühlung der Maschine zu unterstützen. Der Rotor 202 schließt Seitendichtungen 258 zum Abdichten des Spaltes zwischen den Seiten des Rotors und den Innenwänden 222 und 234 der Endplatten 206 und 208 ein.
Nunmehr bezugnehmend auf 6 ist ein Querschnitt in der Ebene gezeigt, die durch die Linie 6-6 in 4 gezeigt ist. Wie in dieser Darstellung gezeigt, stellt der in der Endplatte 206 gebildete Durchlassweg 219 eine Verbindung zwischen dem Kraftstoff-/Luft-Einlass 218 und dem Einlassanschluss 220 bereit. Im Betrieb der Maschine und wie durch den Pfeil 246 angedeutet, fließt Ladung vom Einlass 218 durch den Durchlassweg 219 und den Einlassanschluss 220 in den Rotorhohlraum 217 und in die Verteilungskammer 224.
Der in der Endplatte 208 gebildete Durchlassweg 231 stellt gleichermaßen eine Verbindung für Ladung zwischen dem Kraftstoff-/Luft-Einlass 230 und dem Einlassanschluss 232 bereit. Wie oben beschrieben, fließt während des Betriebs der Maschi ne Ladung von dem Einlass 230 durch den Durchlassweg 231 und den Einlassanschluss 232 in den Rotorhohlraum 217 und in die Verteilungskammer 236.
In dieser Darstellung ist eine Kurbelwelle 264 drehbar gezeigt, die sich durch die Kammer 210 erstreckt. Die Kurbelwelle ist an dem Gehäuse mittels geeigneter Lager (nicht dargestellt) gelagert, wie im Stand der Technik wohlbekannt ist und schließt einen Exzenter 266 ein, der drehbar am Rotor 202 über ein Rotorlager 268 befestigt ist, das einen inneren Lagerring, einen äußeren Lagerring und eine Mehrzahl von Rollenlagerelementen einschließt, die dazwischen angeordnet sind. Die Endplatte 208 schließt ein Zahnrad 270 ein, das in ein Zahnrad 272 eingreift, das vom Rotor 202 getragen wird. Das Zahnrad 270 hat einen Durchmesser, der ungefähr 66,7% des Rotorzahnrads 272 beträgt. Dieses Verhältnis ist notwendig, so dass die Apex-Dichtungen (nicht dargestellt) des Rotors 202 die präzise peritrochoide Form der geschlossenen Kammer abfahren.
Wie aus 6 offensichtlich ist, wird die Nabe 213 die Einlassanschlüsse 220, 224, 232 und 236 wenigstens teilweise überdecken, wenn sich der Rotor in Bezug auf die dargestellte Position um 180° gedreht hat, wodurch ein Ladungsfluss in die Nabe erlaubt wird. Man beachte, dass keine Ladung durch die Nabe fließt, da sie durch den Exzenter 226 blockiert wird. Da der Exzenter 266 jedoch nicht die Einlassanschlüsse 220 und 232 abdeckt, gibt es Längsräume 271 zwischen dem Exzenter 266 und den Einlassanschlüssen, die immer das Auftreten eines gewissen Ladungsflusses in die Hohlräume 271 und zwischen den Einlassanschlüssen 220 und 232 und den Verteilungskammern 224 und 236 erlauben. Man beachte auch, dass das Zahnrad 272 den Fluss vom Anschluss 232 in den benachbarten Raum 271 teilweise behindern wird. Dies ist jedoch kein Problem, da der behinderte Fluss normalerweise die Nabe kurzschließen wird und direkt vom Einlassanschluss 232 zu dem zweiten Einlassanschluss 236a der Verteilungskammer 236 fließen wird.
Um einen unausgeglichenen Fluss von Ladung in beide Ende der Nabe zu verhindern, ist eine im Wesentlichen gleiche Abdeckung an dem Ende der Nabe ohne Zahnrad in Form eines Flansches 274 vorgesehen, der sich quer von der Kurbelwelle erstreckt, und ein ringförmiger Ring 276 ist an der Innenwand der Nabe 213 befestigt.
7 zeigt einen Querschnitt in der Ebene, die durch die Linie 7-7 in 4 dargestellt ist. Ein in der Endplatte 206 gebildeter Durchlassweg 221 stellt einen Verbindungsweg zwischen der Verteilungskammer 224 und dem äußeren Verbindungsanschluss 226 bereit. Ein Durchlass 284, der im Rotorgehäuse 204 gebildet ist, stellt einen Verbindungsweg zwischen dem ersten äußeren Anschlusseinlass 227 und dem äußeren Anschluss 228 bereit. In ähnlicher Weise stellt ein in der zweiten Endplatte 208 gebildeter Durchlassweg 237 eine Verbindung zwischen der Verteilungskammer 236 und dem äußeren Verbindungsanschluss 238 bereit, und ein im Rotorgehäuse 204 gebildeter Durchlass 287 stellt eine Verbindung zwischen dem äußeren Anschlusseinlass 239 und dem äußeren Anschluss 240 bereit.
Die 8–11 zeigen eine Folge von Querschnittsansichten der oben beschriebenen Maschine, während sich ein Rotor 202 im Gegenuhrzeigersinn durch eine Folge von Phasen des Einlasstaktes dreht. Die Position des Rotors kann auf die Position des Exzenters 266 bezogen sein. Die 8–11 zeigen verallgemeinert eine Querschnittsansicht der Maschine in Richtung der Endplatte 206 (3). Bei der bevorzugten Ausführung ist die Endplatte 208 ein Spiegelbild der Endplatte 206, und die folgende Beschreibung positionsmäßiger Verhältnisse der Komponenten des dargestellten Endes der Maschine treffen auch auf die oben beschriebenen Komponenten des gegenüberliegenden Endes der Maschine zu. Wie in 8 gezeigt, weist der Rotor 202 Apex-Dichtungen 288 auf, die zwischen jedem Apex des Rotors und der Innenwand 229 der geschlossenen Maschinenkammer 210 einen Kontakt und eine Abdichtung bereitstellen.
In 8 ist die Winkelposition der Kurbelwelle 264 bei 0°, wobei sich der Exzenter 266 nach unten erstreckt. Wie dargestellt, ist der Rotor 202 in einer Position, bei der der Einlasstakt gerade beginnt. Theoretisch sollte der Einlasstakt nicht beginnen, bis ein Apex 292 des Rotors den Auslassanschluss 212 kurzschließt. Jedoch beginnt der Ladungsfluss für das Einlassvolumen 290, wie im Folgenden beschrieben, tatsächlich schon, wenn der Rotor-Apex 294 den äußeren Anschluss 228 kurzschließt und das Einlassvolumen 290 zu expandieren beginnt.
Wenn sich die Welle 264 in dieser Position befindet, wird der größte Teil der offenen Fläche des Eingangsanschlusses 220 gegen eine direkte Verbindung mit dem Rotorhohlraum 217 durch die Nabe 213 abgedeckt. Ferner wird der größte Teil der offenen Fläche der Verteilungskammer 224 gegen eine direkte Verbindung mit dem Rotorhohlraum 210 durch die Nabe 213 abgedeckt. Deshalb fließt der größte Teil der vom Einlass 218 ankommenden Ladung über den Nabenhohlraum 271 vom Einlassanschluss 220 zur Verteilungskammer 224, wobei der umfließende, Zahnrademulierende Flansch 271 und der Wellenflansch 274 durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Bei der dargestellten Phase des Einlasszykluses wird eine Ladung weitgehend am Fließen vom Eingangsanschluss 220 und dem Seitenanschluss 224b direkt in das Einlassvolumen 290 durch Seitendichtungen 258 behindert. Jedoch kann Ladung aus der Verteilungskammer 224 in das Einlassvolumen 290 über den äußeren Anschluss 228 (3) fließen, die über den Durchlassweg 227 mit der Verteilungskammer 224 wie oben beschrieben in Verbindung steht.
Während der Rotor 202 in der dargestellten Position ist, wobei der Auslassanschluss 212 und der äußere Anschluss 228 wenigstens teilweise mit dem Einlassvolumen 290 in Verbindung stehen, könnten, falls die Maschine mit langsamer Drehgeschwindigkeit (wenig Gas) arbeitet, Abgase von einem äußeren Abgassystem (nicht dargestellt) zurück in das Einlassvolumen 290 über den Abgasanschluss 212 fließen, während das Einlassvolumen expandiert, um einen Saugeffekt zu erzeugen. Das Ergebnis wäre, dass die Rotationsmaschine rau laufen würde und in Folge der Kontamination mit dem Abgas Fehlzündungen hätte. Um das zu verhindern, wird der äußere Einlassanschluss 228 oft bei niedrigen Umdrehungszahlen abgeschaltet (durch ein nicht dargestelltes Mittel) und dann geöffnet, wenn das Gas vergrößert wird.
Während der dargestellten Phase des Einlasstaktes verhindert die Dynamik des Ladungsflusses, d. h. die Trägheit der einfließenden Ladung durch den äußeren Anschluss 228 dann, wenn die Maschine mit hohen Leistungswerten arbeitet, im Wesentlichen, dass Abgase in den äußeren Anschluss gedrückt werden. Der äußere Anschluss kann weit offen sein und Einlassladung kann das Einlassvolumen 290 zu füllen beginnen, sogar bevor der theoretische Einlasshub an dem durch die gestrichelten Linien 296 bezeichnetem Punkt beginnt, der unmittelbar dem Bypass des Abgasanschlusses 212 durch den Apex 292 des Rotors folgt. Dies erlaubt einen hohlen volumetrischen Wirkungsgrad (Volumen von Normalluft in dem Einlassvolumen 290 bei maximalem Kammervolumen (270°) über dem Kammervolumen bei dieser Position). Mit einem dynamischen Tunen ist es möglich, 100% zu überschreiten.
In 9 hat sich die Kurbelwelle 264 um 90° gedreht, und der Rotor 202 ist in einer Position, bei der der Seitenanschluss 224b sich unter dem Rotor 202 zu öffnen beginnt, zur direkten Verbindung mit dem Einlassvolumen 290. In der dargestellten Phase des Einlasstaktes ist der Abgasanschluss 212 nicht länger in Verbindung mit dem Einlassvolumen 290.
Die dargestellte Ausführung erlaubt einen sehr freien Ladungsfluss, da es im Ergebnis zwei äußere Anschlüsse und zwei Seitenanschlüsse gibt. Die äußeren Anschlüsse dominieren die einfließende Ladung zu Beginn und zum Ende des Taktes, während die Seitenanschlüsse in der Mitte des Taktes beitragen. Falls man an maximaler Leistung bei hoher Drehzahl interessiert ist, dann wird man die Seitenanschlüsse zum schnelleren Schließen auslegen, und eine präzise Abstimmungsweglänge kann zwischen dem Einlass von dem Seitenanschluss zu dem Einlass zur Einlasskammer durch den peripheren Anschluss verwendet werden. Dies ist für die bevorzugte Ausführung bei 7000 U/min ungefähr 14 Inch und es wäre bei den meisten abgestimmten Rotationsmaschinen eine ähnliche Länge.
10 zeigt die Kurbelwelle 264 nach Drehung um 180° mit dem Rotor 202 in einer Position, in der praktisch die gesamte Einlassladung vom Einlass 218 zur Verteilungskammer 224b nach dem Durchtritt durch den Rotorhohlraum 217 fließt.
Einer der Hauptvorteile im Betrieb ist bei der gegenwärtigen Erfindung die Eliminierung von Seitenlast auf den Rotor 202, was durch eine Lagerspannung infolge von ungleichmäßiger Erwärmung des Rotors verursacht werden kann. Ohne eine Seitenlast ist es nicht notwendig, dafür Sorge zu tragen, dass die Enden der Nabe 213 Lagerflächen haben, die gegen die Endplatten laufen. Somit können diese Flächen um so viel wie 0,1 Inch zurückgeschnitten werden. Dies ermöglicht zusätzliche Kühlwege und, obwohl nur gering, sind diese vorhanden, soweit notwendig, falls leichte Veränderungen bezüglich der Kühlungsanforderungen nicht mit der Versorgung Schritt halten. Bei der gegenwärtigen Ausführung wurde eine Verringerung des Rückdruckes umso viel wie 5% beobachtet, und zwar infolge dieses zusätzlichen Merkmals.
Bei dieser Phase des Einlasstaktes ist der Einlassanschluss 220 vollständig zu dem Rotorhohlraum 217 offen, und die maximale Austrittsfläche von dem Rotorhohlraum ist zum Seitenanschluss 224b offen. Dieses Erfordernis ergibt sich bei den einzigartigen Formen der Einlassanschlüsse und Seitenanschlüsse und wurde erst nach vielen Versuchen erreicht. Es sollte berücksichtigt werden, dass der Fluss aus dem Rotoreinlassanschluss 220 mit einer Geschwindigkeit und Richtung entlang der Drehachse verlässt (d. h. in das Papier hinein und aus diesem heraus). Er trifft dann auf den Rotor-I-Träger-Steg 214 auf, macht eine Drehung von 180° und verlässt den Rotor dann und tritt in die Verteilungskammern ein. Diese erwünschte Flusscharakteristik muss sowohl die Tatsache berücksichtigen, dass die Rotoreintrittsbreite (Abstand zwischen der Rotorinnenfläche und der Rotorlageraufnahmestruktur) für einen Teil des Taktes sehr eng wird, als auch den Rotoreintrittsbereich auf eine Fläche in der Nähe der Rotorfläche begrenzt, und somit die Notwendigkeit für einen langen engen Rotoreintrittsanschluss. Die geometrischen Charakteristika des Eintrittsanschlusses und der Seitenanschlüsse wurden empirisch bestimmt, um die besonderen positionsmäßigen Verhältnisse zu erhalten, die dargestellt sind.
11 zeigt die Kurbelwelle 264 nach Drehung um 270° und den Rotor 202 in einer Position, bei der der Einlasstakt geometrisch vollendet ist. Jedoch strömt infolge der Trägheit des Einlassflusses (Moment des Flusses) weiterhin Ladung in die Einlass kammer, wie angezeigt, und hebt deshalb den Druck auf einen Punkt oberhalb des Atmosphärendruckes an, soweit er in geeigneter Weise abgestimmt. Der Seitenanschluss kann dazu ausgelegt sein, sich vor dem äußeren Anschluss 228 zu schließen, wobei der Zeitpunkt des Auftretens von dem gewünschten Abstimmeffekt abhängt, d. h. der Bedeutung des äußeren Anschlusses, die die maximal erhältliche Leistung bei hoher Umdrehungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom maximalen erhältlichen Drehmoment bei geringeren Drehzahlen bestimmt. Es sollte nun deutlich sein, dass die Rotorkonfiguration und die Anschlussanordnung von erheblicher gegenseitiger Abhängigkeit sind.
Die beiden peripheren Anschlüsse 228, 240 (3) und die beiden Seitenanschlüsse 224b, 236b erlauben einen sehr freien Fluss von Kühlladung in der Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung. Die peripheren Anschlüsse 228, 240 (3) stellen den größten Teil des Flusses an eintretender Ladung für das Einlassvolumen 290 am Beginn und am Ende des Einlasstaktes bereit, während die Seitenanschlüsse 224b, 236b zum Fluss während der Mitte des Einlasstaktes beitragen.
Während sich die Kurbelwelle 264 dreht, wie in den 8-11 gezeigt, vergrößert sich die wirksame Einlassanschlussfläche im Verhältnis zu der Geschwindigkeit der Vergrößerung des Einlassvolumens. Es besteht somit keine Notwendigkeit, einen Weg zum Ladungsfluss durch das Kurbelwellengebiet oder einen alternativen Weg hinzuzufügen, um den Ladungsfluss auszugleichen, wie bei herkömmlichen ladegekühlten Maschinen.
Der Flussbedarf ist theoretisch sinusförmig und es wird deshalb erwartet, dass der Spitzenfluss zwischen den Betriebsphasen, die in den 9 und 10 (135°) dargestellt sind, auftritt. Jedoch tritt der maximale Fluss wegen der fluiddynamischen Trägheit enger an der 180°-Position auf, wie in 10 gezeigt, bei der die Maschine eine maximale kombinierte Anschlussfläche zum Fluss in den Rotorhohlraum 217 und in das Einlassvolumen 290 aufweist.
12 ist eine Graphik, die Verhältnisse zwischen der Winkelposition oder dem Kurbelwellenwinkel des Rotors 202 über den Ladungsfluss in das Einlassvolumen 290 der geschlossenen Kammer für die Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung zeigt. Die winkelmäßige Position des Rotors wird durch die horizontale Achse X dargestellt. Der Ladungsfluss in das Einlassvolumen 290 (8–11) wird durch die vertikale Achse Y dargestellt. Die ausgezogene Kurve 300 stellt den theoretischen Ladungsfluss in das Einlassvolumen als eine Funktion des Kurbelwellenwinkels dar. Die gestrichelte Kurve 302 stellt den tatsächlichen Ladungsfluss in das Einlassvolumen als eine Funktion des Kurbelwellenwinkels bei höheren Gaswerten dar. Beide Kurven haben eine sinusförmige Wellenform. Theoretisch sollte der Ladungsfluss in das Einlassvolumen Null sein, wenn der Kurbelwellenwinkel Null ist, wie in 8 gezeigt. In der Praxis ist infolge der oben beschriebenen Trägheit die Kurve 302, die den tatsächlichen Ladungsfluss in das Einlassvolumen zeigt, zur rechten Seite der Kurve 300 verschoben, die den theoretischen Ladungsfluss in das Einlassvolumen zeigt.
13 zeigt bei 304 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführung des Rotors 202 (3) zur Verwendung in einer Rotationsmaschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung. Ähnlich zu dem zuvor beschriebenen Rotor weist der Rotor 304 eine Nabe 306, einen Steg 307 und drei Flanken 308 auf, die Rotorhohlräume 309 an gegenüberliegenden Enden des Rotors bilden. Der Rotor 309 hat auch eine allgemeine I-trägerförmige Querschnittskonfiguration und ist in einer bevorzugten Ausführung wenigstens zum Teil in einem Gießverfahren gebildet. Der Steg 307 erstreckt sich quer von der Nabe und verbindet mittlere Bereiche der Rotorflanken mit der Nabe. Die Rotorhohlräume 309 sind an jedem axialen Ende des Rotors durch die Nabe 306, den Steg 307 und Rotorflanken 308 gebildet. Eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 310 sind im Steg 307 als ein Teil des Gießverfahrens gebildet, um sowohl den Rotor zu erleichtern als auch einen gleichmäßigen Druck in den Rotorhohlräumen während der Maschinenfunktion sicherzustellen.
Jede der drei Flanken 308 schließt Seitenflächen 312 (Endflächen des Gebietes) ein, die in einer Ebene gebildet sind, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 305 des Rotors ist. Jedes Paar von benachbarten Flanken 308 ist an einem von den drei Apexen 313 verbunden.
Die Oberflächen 312 jeder Flanke schließen einen langgestreckten Seitenschlitz 314 ein, der darin ausgebildet ist, um eine Seitendichtung 258 zur Abdichtung des Spaltes zwischen der Rotorendfläche und den benachbarten der Innenwände 222, 234 (6) der Endplatten 206, 208 (6) abzudichten, die der Maschinenanordnung folgen. Jeder der Seitenschlitze erstreckt sich längs von einem ersten Apex zu einem zweiten Apex. Die Seitenschlitze 314 sind so ausgebildet, dass sie eine Tiefe haben, die geringer als die Höhe der Seitendichtungen 258 ist, so dass die Dichtungen etwas von den Endflächen hervorstehen. Es sind geeignete Dichtungsträgermittel (nicht dargestellt) vorgesehen.
Die Nabe 306 erstreckt sich axial von den beiden Seiten des Steges 307 und endet in Endflächen 316, die im Wesentlichen in derselben Ebene wie diejenigen gebildet sind, die die Flankenseitenflächen 312 einschließen. Deshalb ist im Kontrast zu der Nabe 213 (3) des zuvor beschriebenen Rotors 202 allgemein ein Offset von Null zwischen den Endflächen der Nabe 306 und den Seitenflächen 312 der Flanken. Ferner weisen die Endflächen der Nabe 306 in Kontrast zu der zuvor beschriebenen Nabe keine Schlitze zur Aufnahme von Seitendichtungen auf. Die Bedeutung dieser Unterschiede wird noch weiter beschrieben.
Jeder der drei Apexe 313 des Rotors schließt einen Apex-Schlitz 318 ein, der darin gebildet ist und sich über die gesamte Länge des Rotors in einer Richtung parallel zu der Achse 305 erstreckt. Die Apex-Schlitze sind zur Aufnahme der Apex-Dichtungen 388 zur Abdichtung zwischen den Apexen 313 und der Innenwand des Rotorgehäuses wie oben beschrieben vorgesehen.
Eine Mehrzahl von Verbindungsbohrungen 320 ist in den Rotorendflächen an Positionen in der Nähe von jedem der Apexe gebildet, an denen die Seitenschlitze 314 einen entsprechenden Apex-Schlitz 318 schneiden. Die Bohrungen sind dazu ausgebildet, Apex-Knopfstopfen 322 zur Sicherung der sich schneidenden Dichtungen und einer entsprechenden Apex-Dichtung aufzunehmen. Die Stopfen begrenzen die Längsbewegung der Seitendichtungen 258 innerhalb der Seitenschlitze 314 und begrenzen auch die Längsbewegung der Apex-Dichtungen 288 innerhalb der Apex-Schlitze 318.
Da sich die Seitendichtungen und die Apex-Dichtungen leicht in ihren entsprechenden Schlitzen bewegen, ist eine Schmierung notwendig, um erzeugte Reibung und Hitze zwischen jedem der Schlitze und den betreffenden Dichtungen zu reduzieren. Da die Seitendichtungen und die Apex-Dichtungen die Oberflächen einschließlich der Innenwände der Endplatten und der Innenwand des Rotorgehäuses kontaktieren und darüber wandern, ist eine Schmierung der aneinander angreifenden Kanten der Dichtungen erforderlich, um die zwischen den Dichtungen und den Kontaktflächen erzeugte Reibung zu reduzieren. Da ferner die thermisch induzierte Spannung die Lebensdauer eines Rotors begrenzt, ist eine Kühlung des Rotors erforderlich, insbesondere im Bereich der Apex-Dichtungen. Die gegenwärtige Erfindung stellt ein Mittel zur Verbesserung der Kühlung des Rotors bereit und liefert auch eine wirkungsvolle Schmierung der Dichtungen, ohne dass Öl in die Einlassladung injiziert werden muss.
Die ladegekühlte Rotationsmaschine wurde historisch in ihrer Ausgangsleistung durch die Notwendigkeit begrenzt, ausreichend Wärme von den Apex-Dichtungen abzuführen, während nicht zu viel Wärme in das Rotorgehäuse übertragen wird. Diese feinfühlige Balance hat in der Vergangenheit erfordert, dass Rotationsmaschinen in engen Grenzen von Umdrehungszahl und Leistung arbeiten, d. h. da die Wärmeübertragung in einer Rotationsmaschine eine Funktion von der Umdrehungszahl des Rotors und vom Luftfluss ist, war es bisher nicht möglich, eine typische ladegekühlte Maschine mit erheblicher Leistung zu betreiben, während sie mit niedriger Drehzahl rotierte, wenn der Einlassluftfluss auch niedriger ist.
Jedoch stellt der stegartige Rotor der gegenwärtigen Erfindung zusammen mit dem oben beschriebenen Anschluss eine einzigartige Möglichkeit bereit, um den Wärme übertragungsweg und seine Wirksamkeit maßzuschneidern. Eine Möglichkeit besteht darin, Kühlturme 342 in den Hohlräumen 309 zwischen der Rotornabe 306 und den Rotorflanken 308 zu platzieren, wie in 14 gezeigt. Wie ferner unten beschrieben, sind diese Turmanordnungen allgemein etwas wie ein Stumpf einer Pyramide geformt, derart, dass die Basis größer als die Spitze ist, um eine angepasste Kontaktfläche zur Wärmeübertragung zwischen dem Steg 307 und dem Turm zu ermöglichen. Die Pyramidenform stellt auch eine minimale Abdeckung für den Ladungsfluss dar, wenn er in den Hohlraum 309 auf einer Seite der Pyramide eintritt und ihn auf der anderen lässt, nachdem er durch die Flossen oder Platten der Turmanordnung gelangt ist. Die Decke jedes Turms schließt eine dickere Platte 343 ein, die in Kontakt mit den Rotorflanken in der Apex-Dichtungsfläche positioniert ist, um so einen direkten Weg für die Abführung von Wärme aus diesem kritischen Bereich bereitzustellen. Das für die Kühltürme verwendete Material sollte einen hohen Wärmeleitungskoeffizienten haben, leichtgewichtig sein und Temperaturen bis zu 600°F widerstehen. Aluminium ist eine gute Wahl für diese Anwendung, da eine hohe strukturelle Festigkeit bei erhöhter Temperatur nicht gefordert ist.
Mit dieser verbesserten Wärmeabfuhr aus dem Stegbereich in den Rotorhohlräumen ist es auch möglich, die Wärmeübertragung in den Bereichen zu reduzieren, wo die Rotorflanken 308 enger an die Rotornabe 306 und das Lager gelangen. Dies wird durch Erzeugung eines Luftraums zwischen dem Rotorlager und der Nabe erreicht, indem Metall von dem Innendurchmesser der Nabe in der Nähe dieser kritischen Bereiche entfernt wird. Gegenwärtig wird, wie in 15 dargestellt, eine langgestreckte Schale 326 von kreisförmigem Querschnitt an diesen Punkten auf dem Rotor erzeugt, entweder indem die Ausschnitthohlräume an Ort und Stelle gegossen werden oder indem sie in einem separaten Vorgang herausgearbeitet werden. Idealerweise ist die Größe der Vertiefung derart, dass der Temperaturgradient entlang der Flanke, d. h. in der Richtung der vorauseilenden Apex-Dichtung minimiert ist. Es wurde festgestellt, dass die Größe dieser Hohlräume optimiert werden kann, d. h. ihre Tiefe, Breite, ihr Radius und ihre Position tangential zu einem einfachen kreisförmigen Schnitt, um eine weitgehend gleichförmige Temperatur entlang der Flanken des Rotors in der Nähe der Seitendichtungen zu erreichen. Allgemeiner gesagt kann die Form und Größe dieser Vertiefungen geändert werden, um die Wärme auf eine solche Weise zu leiten, dass dann, wenn eine Abstimmung mit der Form der Turmbasis erfolgt, eine gleichförmige Temperatur entlang der Kanten der Rotorflanken erreicht werden kann. Die relative Tiefe von einer der Vertiefungen 326 ist bei 330 gezeigt. Man beachte, dass jede der Vertiefungen 326 mit den Stegbereichen 307 ausgerichtet ist, die mittlere Bereiche der Nabe mit den nahen mittleren Bereichen der Flanken verbinden. Indem die Breite der Wärmeübertragungswege zwischen der Nabe 306 und der Flanke 307 reduziert wird, wird, wie bei 311 angezeigt, tatsächlich Wärme zu diesen Teilen des Steges, die eine minimale zu kontaktierende Oberflächen haben, übertragen und somit wird die sich durch die Hohlräume 309 bewegende Ladung gekühlt.
Schließlich können durch geeignetes Formen der Querschnittsbereiche des Rotors (vom Steg zu jeder Seite) die Temperaturdifferenzen in dieser Richtung gleichfalls minimiert werden. Als eine Folge von dieser Möglichkeit, die Gleichförmigkeit der Rotoroberflächentemperatur zu kontrollieren, können thermisch induzierte Spannungen erheblich reduziert werden. Dies führt zu einem leichteren Rotor für eine bestimmte Lebensdauer oder für eine längere Lebensdauer für einen bestimmten Rotor.
Man beachte, dass die Turmanordnungen 342 auch in 15 in den Rotorhohlräumen 309 angeordnet gezeigt sind.
16A ist eine perspektivische Ansicht, die eine der Wärmeübertragungsturmanordnungen 342 gemäß 14 und 15 zeigt. Jede Anordnung besteht aus einer relativ dicken oberen Platte 343 und einer Mehrzahl von dünnen, sich horizontal erstreckenden (wie dargestellt) Platten 344 von verschiedenen Größen, die durch einen sich vertikal erstreckenden Steg 345 verbunden sind, der parallel zu der Seite der Anordnung liegt, die dem Betrachter zugewandt ist. Von der oberen Platte 343 nach unten erstreckt sich eine Bohrung 346, die den Steg 345 und eine Mehrzahl der obersten Platten 344 schneidet, und die einen flussverbindenden Durchlassweg zu den Hohlräumen zwischen den verschiedenen geschnittenen Platten 344 bereitstellt.
Der Steg 345 und die Bohrung 346 sind möglicherweise besser in der Ansicht gemäß 6B dargestellt.
17 zeigt bei 450 einen axialen Querschnitt einer zusammengebauten Maschine gemäß der alternativen Ausführung der gegenwärtigen Erfindung, wobei die Wärmeübertragungsanordnungen teilweise freigeschnitten dargestellt sind, zur leichteren Erkennbarkeit, wobei die Ansicht allgemein entlang einer Linie ähnlich der Linie 17-17 gemäß 10 gezeigt ist. Die Maschine schließt einen Rotor 340, ein Rotorgehäuse 204, eine erste Endplatte 451 ein, die einen ringförmigen Kragen 452 hat, der axial von dem Gehäuse 204 weg hervorsteht, sowie eine zweite Endplatte 453, die einen ringförmigen Flansch 454 hat, der in einer gegenüberliegenden Richtung von dem Gehäuse weg hervorsteht. Das Gehäuse und die Endplatten definieren eine geschlossene Kammer 455.
Ähnlich zu der ersten und zweiten Endplatte 206 und 208 (6) schließen die Endplatten 451 und 453 Einlassanschlüsse 220 und 232 ein, die das Kraftstoff-Luftgemisch in die Rotorhohlräume einführen, sowie Verteilungskammern 224 und 236, die die Ladung von den Hohlräumen sammeln. Genauer gesagt fließt die Ladung von den Einlassanschlüssen 220 und 232 gegenüber jedem Ende des Rotors 340 in die Rotorhohlräume 309 zu dem Steg 307 und wird dann zu den Endplatten 451 und 453 zurückgelenkt, wo sie in die Verteilungskammern 224 und 236 eintritt, in Abhängigkeit von einer Abdeckung durch Komponenten in dem Inneren des Rotors in einer Weise, die ähnlich derjenigen zuvor in Bezug auf 6 bis 11 gezeigten ist, wobei leichte Abweichungen in Form der Verwendung des alternativ konfigurierten Rotors 340 sind, wie nachfolgend beschrieben wird. Wie ferner oben unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, stellen die Einlassanschlüsse 220, 232 und die Verteilungskammern 224, 236 einen im Wesentlichen ausgeglichenen Ladungsfluss in beide der Rotorhohlräume 309 bereit.
Eine drehbare Kurbelwelle 456, die sich durch die innere Kammer des Gehäuses 204 erstreckend gezeigt ist, ist an dem Kragen 452 der ersten Endplatte mit Hilfe eines ersten Lagermittels 458 gelagert. Die Kurbelwelle ist ferner an dem Kragen 454 mittels eines zweiten Lagermittels 460 gelagert. Die Lager 458 und 460 sind beide an ihren Enden abgedichtet und schließen einen abgedichteten äußeren Lagerring und eine Mehrzahl von Lagerrollen ein. Ein Exzenter 461 der Kurbelwelle 456 steht drehmäßig mit dem Rotor 340 über ein Rotorlager 268 in Verbindung, das an seinen Enden nicht abgedichtet ist.
Die Welle schließt eine axiale Bohrung 464 ein, die darin ausgebildet ist und sich entlang der Längsachse der Welle von einem Ende zum gegenüberliegenden Ende erstreckt. In der dargestellten Ausführung hat die Bohrung einen allgemein kreisförmigen Querschnitt, der sich von seinen Enden zu der Mitte des Exzenters 461 erweitert, an dem der Querschnitt am größten ist. Die Welle 456 hat auch eine Mehrzahl von sich quer erstreckenden Durchlasswegen 470, 476, 478, die darin gebildet sind, um Verbindungsflusswege zu und von dem Bohrungshohlraum 464 bereitzustellen. Wie ferner unten beschrieben, stellen die Durchlasswege Mittel bereit, um Schmiermittel in dem Bohrungshohlraum von einer äußeren Quelle zu erhalten, sowie ferner ein Mittel bereit, um Schmiermittel von dem Hohlraum in das Rotorlager 268 zu führen.
Der Kragen 452 hat eine Bohrung 466, die sich dadurch erstreckt, um eine Verbindung zwischen einer äußeren Quelle von Schmiermittel (nicht dargestellt) und dem Hauptlager 458 bereitzustellen. Das Lager hat eine Bohrung oder einen anderen Durchlassweg 468, der durch den äußeren Lagerring gebildet ist, wobei der Durchlassweg 468 mit der Bohrung 466 ausgerichtet ist, um einen Schmiermittelweg zwischen der äußeren Schmiermittelquelle und dem Inneren des Lagers bereitzustellen. Die Welle 456 hat gleichermaßen eine oder mehrere Bohrungen oder Durchlasswege 470, die darin ausgebildet sind, um eine Verbindung zwischen dem Inneren des Hauptlagers 458 und dem Bohrungshohlraum 464 bereitzustellen.
In ähnlicher Weise kann der zweite Kragen 454 eine darin ausgebildete Öffnung 472 haben, um eine Verbindung zwischen einer externen Schmiermittelquelle und dem zweiten Hauptlager 460 zu bilden, das auch eine in einem äußeren Lagerring gebildete Bohrung 474 aufweisen kann, wobei die Bohrung 474 mit der Öffnung 472 ausge richtet ist, um eine Verbindung zwischen der äußeren Schmiermittelquelle und dem Inneren des Hauptlagers 468 bereitzustellen. Die Welle kann eine oder mehrere zusätzliche Bohrungen oder Durchlasswege 476 haben, die darin gebildet sind, um eine Verbindung zwischen dem Inneren des zweiten Hauptlagers 460 und dem Bohrungshohlraum 464 zu liefern. Die Welle schließt ferner wenigstens eine dritte Bohrung oder einen anderen Durchlassweg 478 ein, der darin gebildet ist, um einen Fluidverbindungsweg zwischen der Bohrung und zwischen dem Bohrungshohlraum 464 und dem Inneren des Rotorlagers 268 zu bilden.
Im Betrieb wird Öl oder ein anderes Schmiermittel von einer äußeren Quelle (nicht dargestellt) in den Bohrungshohlraum 464 über die Hauptlager und die in der Kurbelwelle gebildeten Durchlasswege 470, 474 eingespritzt. Während sich der Rotor 340 dreht, bewirkt eine Zentrifugalkraft, dass das Öl in dem Wellenhohlraum 464 zu der Wellenmitte fließt und somit von dem Hohlraum in das Rotorlager 268 über den Durchlassweg 478. Von dem Rotorlager wird Schmiermittel entlang der Innenfläche 327 der Nabe zu deren Endflächen 316 übertragen, wenn der Rotor gedreht wird. Da es im Wesentlichen keine Verschiebung zwischen den Endflächen der Nabe 306 und Seitenflächen 312 der Flanken (Rotorendflächen) gibt, ist der Spalt zwischen den Nabenendflächen und den Innenwänden 484 und 486 der ersten und zweiten Endplatte sehr. gering. Öl wird somit ohne Weiteres in den Spalt zu den Endflächen des Rotors übertragen, wenn der Rotor gedreht wird. Das zu den Innenwänden 484 und 486 der Endplatten übertragene Öl wird über ein weites Gebiet der Wände verteilt, da die Nabe einen großen Bereich der Endplatten überdeckt. Während die Rotorseitendichtungen 258 nachfolgend über die Innenwände 484 und 486 der Endplatten gelangen, tritt Öl in die Seitendichtungsschlitze 314 ein und wird dadurch zu den Rotor-Apexen transportiert.
Wie oben unter Bezugnahme auf 13 beschrieben, schneiden die Seitenschlitze 314 des Rotors die Apex-Schlitze 318 über die Bohrungsstopfen 320. Demnach bewirkt die Zentrifugalkraft während der Drehung des Rotors, dass Öl in den Seitenschlitzen zu den Apexen und somit in die Apex-Schlitze über die Bohrungsstopfen wandert. Ferner bewirkt die Zentrifugalkraft, dass Öl entlang der Apex-Schlitze 316 und der Apex-Dichtungen 288 wandert, und schließlich auf die Innenwand des Gehäuse 204, um den Gleitkontakt zwischen den Apex-Dichtungen und den Kammerwandungen zu schmieren. Während Öl von den Endflächen 316 der Nabe auf die Innenwände 484, 486 der Endplatte 451, 453 gelangt, kann eine sehr kleine Menge von Öl in die Einlassanschlüsse 220, 232 und die Verteilungsanschlüsse 224, 236 gelangen. Jedoch wird nur ein sehr insignifikanter Teil von Öl mit dem Kraftstoff-/Luftgemisch gemischt, das in den Rotorhohlraum fließt, wenn überhaupt.
Dieses Schmiersystem liefert eine wirkungsvolle Schmierung für alle bewegenden Teile der Maschine, ohne dass ein Einspritzen von Öl in die Einlassladung oder in den Verbrennungsprozess erforderlich ist. Bei maximaler Leistung wird die Maschine mit einem Brennstoff-/Öl-Verhältnis zwischen 250 zu 1 und 500 zu 1 arbeiten. Eine kraftstoffinjizierte Einzelrotormaschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung wurde getestet unter Verwendung eines Dynamometers, mit dem die Maschine bei 4500 U/min und 13,27 kW (17,8 PS) betrieben wurde. Die Gleichgewichtsemissionen an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC) wurden unter Verwendung eines Bear Pace 100 Gas-Analysators gemessen, und die Stickstoffoxidemissionen wurden unter Verwendung eines Drager Gas Pump Chemical-Analysators bestimmt. Der Kraftstoffverbrauch (bsfc) wurde bestimmt auf der Basis der Pulsbreite des Brennstoffinjektors. Die Maschine wurde unter Verwendung von Benzin als Brennstoff getestet.
Die Ergebnisse der Maschinentests schlossen folgendes ein:

HC 6 ppm

CO 0,03%

NO₂ 100 ppm.
Die entsprechenden besonderen Maschinenemissionen (g/kWh), die für die Maschine getestet wurden, wurden wie folgt berechnet:

HC 0,0851 g/kWh (0,0635 g/bhp-hr)(MW = 72)

CO 1,663 g/kWh (1,24 g/bhp-hr)

NO₂ 0,87 g/kWh (0,65 g/bhp-hr).
Diese Emissionen waren viel niedriger als solche für eine herkömmliche Vierzylinderkraftstoffbetriebene Kolbenmaschine, die typischerweise 2,14 g/kWh (1,6 g/bhp-hr) HC, 14,75 g/kWh (11 g/bhp-hr) CO, und 2,69 g/kWh (1,2 g/bhp-hr) NOx in der Nähe des minimalen bsfc-Betriebszustands sind.
Es ist auch von Interesse, die Emissionen zu schätzen, die sich ergeben würden, falls die gegenwärtige Rotationsmaschine verwendet würde, um einen Generator in einer Folge von elektrischen Hybridfahrzeugen zu betreiben. Dies kann für den Federal Urban Driving Schedule (FUDS) gemacht werden, indem beachtet wird, dass die durchschnittliche Geschwindigkeit für den Zyklus 32 km/h (20 mph) und für ein viersitziges Auto wie den Honda Civic gemacht wird, wobei die Simulationsergebnisse anzeigen, dass die durchschnittliche Leistung auf dem FUDS-Zyklus ungefähr 3,72 kW (5 PS) trägt. Dies führt zu geschätzten Emissionen an dem FUDS von 0,01 g/km (0,016 g/mi) HC, 0,193 g/km (0,31 g/mi) CO und 0,1 g/km (0,16 g/mi) NOx ohne Abgasnachbehandlung (d. h. ohne Katalysator). Die entsprechenden ULEV-Standards sind 0,01875 g/km (0,03 g/mi) HC, 1,062 g/km (1,7 g/mi) CO und 0,125 g/km (0,20 g/mi) NOx. In der Folge wurden die Abgasemissionen von der gegenwärtigen Rotationsmaschine in einer Folge von Hybridfahrzeugen geschätzt, die deutlich unterhalb der ULEV-Standards liegen. Es sei jedoch erwähnt, dass diese Schätzung die Effekte der Motorübergänge beim Aufwärmen oder Abkühlen nicht einschließen. Die Fahrzeugemission unter Verwendung der Rotationsmaschine für das Hybridfahrzeug, das sich mit 96 km/h (60 mph) bewegt, was ungefähr 11,18 kW (15 PS) von dem Generator erfordert, wäre im Wesentlichen dieselbe wie bei dem FUDS-Zyklus.
Diese Testergebnisse und Berechnungen zeigen an, dass die gegenwärtige Rotationsmaschine deutlich niedrigere Abgasemissionen als ein typischer hin- und hergehender Benzinmotor hat und den Entwurf einer Folge von Hyridfahrzeugen erlauben würde, die die ULEV-Standards einhalten, bei minimaler Abgasnachbehandlung.
Eine Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung liefert erhebliche Vorteile gegenüber einer hin- und hergehenden Kolbenmaschine, da die herkömmliche Rotationsmaschine des Wankeltyps kleiner, leichter und kostengünstiger herzustellen und zu warten ist. Das einfache Design der gegenwärtigen Maschine hat nur drei bewegende Teile im Vergleich zu 51 oder mehr für einen Standard-Kfz-Motor. In dokumentierten Dynamometertests erzeugte die Maschine nur 1 bis 4% der Emissionen einer Kfz-Kolben-Maschine mit ähnlicher Abgasbehandlung.
Eine Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung liefert auch Vorteile gegenüber der einzigen existierenden produzierten Rotationsmaschine (Mazda), da sie einfacher im Aufbau ist und viele Merkmale aufweist, die die Kraftstoffeffizienz verbessern und die Verschmutzung reduzieren.
Eine Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung verwendet eine isolierende und selbstschmierende Verbundbeschichtung innerhalb des Verbrennungsgebietes, um eine vollständige Verbrennung aufrechtzuerhalten und verwendet auch einen ladegekühlten Rotor, der das Brennstoff-Luft-Gemisch vorheizt und vollständig verdüst, bevor es in die Verbrennungskammer eintritt. Eine Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung eliminiert die Notwendigkeit für einen Ölsumpf und eine Aufwärmzeit für das Öl, wodurch die Verschmutzung während der Kaltphase reduziert wird. Eine Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung eliminiert das Ölpumpen, das Dichtungsflappen und die Ölkühlerverluste, die mit einem ölgekühlten Rotor zusammenhängen.
Eine Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung kann unter Verwendung von im Wesentlichen jeglichem Kraftstoff arbeiten. Naturgas oder erneuerbare Kraftstoffe, wie etwa Ethanol können verwendet werden. Eine Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung ist besonders geeignet zum Antreiben von Zuschalteinheiten, die durch Verbrennen von preiswerten und im Überfluss vorhandenem Brennstoff Wärme und Elektrizität zu geringeren Kosten als bei den Versorgern bereitstellen.
Eine Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung arbeitet mit äußerst niedriger Umweltbelastung und wird das hybride Automobil zu einer praktischen Realität machen.
Ein kleines einfach aufgebautes Modell der Maschine, das dimensioniert ist, um 22,37 kW (30 PS) zu erzeugen und tausende von Stunden ohne Wartung zu laufen, kann einen Generator antreiben, um einige Speicherbatterien zu laden. Die Batterien liefern die zusätzliche Fähigkeit, die notwendig ist, um zu beschleunigen, Berge hochzufahren und um Bremsenergie wiederzugewinnen. Die Verwendung eines Hybridsystems zusammen mit der Maschine würde es erlauben, Fahrzeuge mit mehr als 33,81 km/l (80 Meilen pro Gallone) zu erreichen.
Heutzutage werden viele Pumpen, Generator und Kompressoren auf Lkws oder Anhängern infolge ihrer Größe und ihres Gewichtes verwendet. Die Verwendung der gegenwärtigen Maschine anstelle einer großen schweren hin- und hergehenden Maschine erlaubt es, sie transportabel zu machen. Der weltweite Markt für Industriemotoren und Landwirtschaftsmotoren beträgt ungefähr 40 Millionen Einheiten pro Jahr.
Zusammengefasst ist eine Maschine gemäß der gegenwärtigen Erfindung deutlich weniger umweltverschmutzend als andere herkömmliche Maschine und liefert die Kraftstoffeffizienz und die Geräuscharmut einer Viertakt-Kolbenmaschine, die Einfachheit und die niedrigeren Kosten einer Zweitakt-Kolbenmaschine und die niedrigere Vibration und Kompaktheit einer Turbinenmaschine.
Obwohl die gegenwärtige Erfindung unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsbeispiele besonders dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Fachleute ohne weitere Änderungen und Modifikationen daran ausführen können. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche so zu interpretieren sind, dass sie sämtliche solche Änderungen und Modifikationen einschließen, soweit in den wahren Geist und Rahmen der Erfindung fallen.

Claims

Ladegekühlte Rotationsmaschine mit einem Gehäuse (204) mit einer Innenwand mit einer peritrochoidalen Konfiguration, mit einer ersten Endplatte (206, 451), die an einem ersten Ende des Gehäuses (204) befestigt ist, und mit einer zweiten Endplatte (208, 453), die an einem zweiten Ende des Gehäuse (204) befestigt ist, wobei das Gehäuse (204) und die Endplatten (206, 208, 451, 453) eine geschlossene Kammer (210, 455) definieren, mit einer langgestreckten Welle (264, 465), die sich durch die geschlossene Kammer (210, 455) erstreckt und an der ein Exzenter (266, 461) angeordnet ist, ein Rotor (203, 204), der auf der Welle (264, 456) drehbar befestigt ist und in Eingriff mit dem Exzenter (266, 461) ist, sowie mit Ladekühlungsmitteln; wobei der Rotor drei Flanken (215, 308) aufweist, die eine allgemein trochoidale Form bilden, mit einer zylindrischen Nabe (213, 306) und mit einem Steg (214, 307), der sich von der Nabe (213, 306) aus quer erstreckt und mittige Abschnitte der Flanken (215, 308) mit der Nabe (213, 306) verbindet, wobei der Steg (214, 307), die Flanken (215, 308) und die Nabe (213, 306) Rotorhohlräume (217, 309) an gegenüberliegenden Enden des Rotors (202, 304) bilden, wobei die Rotorflanken (215, 308) dazu dienen, wechselweise mit dem Gehäuse (204) zusammenzuwirken, um Einlass-, Kompressions- und Verbrennungskammern zu definieren; wobei ein erster Einlass (218) einen Durchlassweg in der ersten Endplatte (206, 451) zum Erhalten von Brennstoff-/Luft-Ladung bildet und an einem ersten Einlassanschluss (220) endet, der der geschlossenen Kammer (210; 455) zugewandt ist und wobei ein zweiter Einlass (230) einen Durchlassweg in der zweiten Endplatte (208, 453) bildet, um Brennstoff-/Luft-Ladung zu erhalten, und an einem zweiten Einlassanschluss (232) endet, der der geschlossenen Kammer (210, 455) zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einlassanschluss (220) von einem Schlitz in einer Innenfläche (222) an der ersten Endplatte (206, 451) gebildet ist; eine erste Verteilungskammer (224), die unmittelbar an den ersten Einlassanschluss (220) angrenzt und zu der geschlossenen Kammer (210, 455) offen ist, als ein schlitzförmiger Hohlraum innerhalb der ersten Endplatte (206, 451) ausgebildet ist; der zweite Einlassanschluss (232) durch einen Schlitz mit einer Innenfläche (234) an der zweiten Endplatte (208, 453) ausgebildet ist; eine zweite Verteilungskammer (236) an den zweiten Einlassanschluss (232) unmittelbar angrenzt und zu der geschlossenen Kammer (210, 455) offen ist und als ein schlitzförmiger Hohlraum innerhalb der zweiten Endplatte (208, 453) ausgebildet ist.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach Anspruch 1, bei der die Rotorhohlräume (217, 309) Wärmeaustauschmittel (342) aufweisen, die darin angeordnet sind, um Wärme von den Flanken (215, 308) zu den Brennstoff-/Luft-Ladungen vor ihrer Einführung zu der Einlasskammer zu übertragen.
Ladegekühlte Rotationsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Einlassanschluss (220, 232) positioniert sind, um direkt mit den Rotorhohlräumen (217, 309) zu kommunizieren und um im Wesentlichen von direkter Verbindung mit irgendeiner der Einlass-, Kompressions- und Verbrennungskammern durch die Rotorflanken (215, 308) isoliert zu sein; wobei die erste Verteilungskammer (224) einen ersten Einlassbereich (224a) und einen ersten Seitenanschlussbereich (224b) aufweist, wobei der erste Einlassbereich (224a) angeordnet ist, um wechselweise direkt mit dem ersten Einlassanschluss (220) über die Rotorhohlräume (217, 309) bei teilweiser Abdeckung durch die genannte Nabe (213, 306) zu kommunizieren, wobei die Einlasskammer einer teilweisen Abdeckung durch die Rotorflanken (215, 308) unterliegt; wobei die zweite Verteilungskammer (236) einen zweiten Einlassbereich (236a) und einen zweiten Seitenanschlussbereich (236b) aufweist, wobei der zweite Einlassbereich (236a) dazu angeordnet ist, wechselweise direkt mit dem zweiten Einlassanschluss (232) über die Motorhohlräume (217, 309) bei teilweiser Abdeckung durch die genannte Nabe (213, 306) zu kommunizieren, wobei der zweite Seitenanschluss bereich (236b) dazu angeordnet ist, wechselweise direkt mit der Einlasskammer bei teilweiser Abdeckung durch die Rotorflanken (215, 308) zu kommunizieren; wobei die Brennstoff-/Luft-Ladung in die Rotorhohlräume (217, 309) über den ersten und den zweiten Einlassanschluss (220, 233) und über die Wärmeaustauschmittel fließt, um eine gleichmäßige Kühlung für beide Enden des Rotors (202, 304) bereitzustellen, bevor sie über die Verteilungskammern (224, 236) in die Einlasskammer fließt.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Einlassanschluss (220, 232) durch lange, schmale Schlitze in der ersten (206, 451) und der zweiten (208, 458) Endplatte gebildet sind.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (202, 304) ferner eine Mehrzahl von Bohrungen (320) aufweist, die in den genannten Seitenflächen proximal zu den Apexen (313) des Rotors (304) und an Schnittpunkten der Seitenschlitze (314) und des Apex-Schlitzes (318) des Rotors (304) gebildet sind, wobei die Bohrungen (320) zur Aufnahme von Stopfen (322) zur Begrenzung der Längsbewegung der Seitendichtungen (258) innerhalb der Seitenschlitze (314) ausgebildet sind, und zum Begrenzen der Längsbewegung von Apex-Dichtungen (288) innerhalb der Apex-Schlitze (318).
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einlassbereich (224a) der ersten Verteilungskammer (224) dazu angeordnet ist, in wechselnder Weise direkt mit dem ersten Einlassanschluss (220) über die Rotorhohlräume (217, 309) bei teilweiser Abdeckung durch die genannte Nabe (213, 306) zu kommunizieren, wobei der erste Seitenanschlussbereich (224b) dazu angeordnet ist, wechselweise direkt mit der Einlasskammer bei teilweiser Abdeckung durch die genannten Rotorflanken (215, 308) zu kommunizieren; wobei der zweite Einlassanschluss (236a) der zweiten Verteilungskammer (236) einen zweiten Einlassbereich (236a) aufweist, der dazu positioniert ist, wechselweise direkt mit dem zweiten Einlassanschluss (232) über die genannten Rotorhohlräume (217, 309) bei teilweiser Abdeckung durch die genannte Nabe (213, 306) zu kommunizieren, wobei der zweite Seitenanschlussbereich (236b) dazu positioniert ist, wechselweise direkt mit der Einlasskammer bei teilweiser Abdeckung durch die genannten Rotorflanken (215, 308) zu kommunizieren und dass Wärmesenkemittel innerhalb des Rotorhohlraums angeordnet sind; wobei die Brennstoff-/Luft-Ladung in die Rotorhohlräume (217, 309) über den ersten und den zweiten Einlassanschluss (220, 232) fließt und durch die Wärmesenkenmittel gelangt, um Wärme von beiden Enden des genannten Rotors abzuführen, bevor sie über die erste und zweite Verteilungskammer (224, 236) in die Einlasskammer fließt.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch: Seitendichtungsmittel (258), die in Seitenschlitzen (314) angeordnet sind, die in den Seitenflächen der Flanken (215, 308) gebildet sind, um an den Endplatten (206, 208, 451, 453) gleichmäßig und dichtend anzugreifen; Apex-Dichtungsmittel (288), die in Apex-Schlitzen (318) an den Apexen (292) angeordnet sind, um an der Innenwand (222, 234, 484, 486) gleitmäßig und dichtend anzugreifen und Schmiermittel (472, 476, 478), die mit der genannten Welle (456) zusammenhängen, um fluides Schmiermittel an die Innenflächen der genannten Nabe (306) derart zuzuführen, dass das genannte Schmiermittel von der Nabe (306) zu den Endplatten (206, 208, 451, 453) fließt, wo es von den Seitendichtungen (258) erfasst wird und durch die Apex-Dichtungen (288) daran entlang fließend geleitet wird.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch erste und zweite periphere Anschlüsse (228, 240), die in dem genannten Gehäuse (204) gebildet sind und zu der genannten Einlasskammer über die Innenwand (229) offen sind; ein erster Satz von Durchlässen, die in dem Gehäuse (204) und der ersten Endplatte (206, 451) gebildet sind, um eine Verbindung zwischen der ersten Verteilungskammer (224) und dem ersten peripheren Anschluss (228) zu bilden und einen zweiten Satz von Durchlässen, die in dem genannten Gehäuse (204) und der zweiten Endplatte (208, 453) gebildet sind, um eine Verbindung zwischen der zweiten Verteilungskammer (236) und dem zweiten peripheren Anschluss (240) bereitzustellen; wobei die Brennstoff-/Luft-Ladung zusätzlich von der ersten und zweiten Verteilungskammer (224, 236) über den ersten und den zweiten peripheren Anschluss (228, 240) zu der Einlasskammer fließt.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch: Rotorlagermittel (458), die zwischen dem Exzenter (461) und der Nabe (306) aufgenommen sind, wobei die Rotorlagermittel (458) einen Innenring, einen Außenring und eine Mehrzahl von Stützkörpern aufweisen, wobei der Innenring darin ausgebildete Durchlässe (468) aufweist, um Schmierfluid von dem Schmiermittel zu erhalten und um das Schmierfluid zu der Innenfläche der zylindrischen Nabe (306) zu verteilen.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Fläche (214, 307) sich dadurch erstreckende Löcher (216, 310) aufweist, um den Druck in den Rotorhohlräumen (217, 309) auszugleichen.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch: einen Schmiermitteldurchlassweg (464), der in der Welle (456) ausgebildet ist und wenigstens eine erste Einlassöffnung (470) und eine erste Auslassöffnung (478) aufweist, die in Verbindung mit dem Schmiermitteldurchlassweg (464) sind; einen ersten ringförmigen Lagerhals (452), der in der ersten Endplatte (451) ausgebildet ist, sowie einen zweiten ringförmigen Lagerhals (454), der in der zweiten Endplatte (453) ausgebildet ist; wobei ein erstes Hauptlager (458), das die Welle (456) und den ersten Lagerhals (452) lagert, der erste Hals (452) und das erste Hauptlager (458) wenigstens einen sich hierdurch erstreckenden Durchlassweg (468) aufweisen, der in Verbindung und in kommunizierender Beziehung mit der ersten Einlassöffnung (470) ist; ein zweites Hauptlager (460), das die Welle (456) und den zweiten Hals (454) lagert.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter über ein Rotorlager (268) an dem Rotor (202, 304) angreift, und dass die erste Auslassöffnung (478) in Verbindung mit dem ersten Rotorlager (268) ist, wobei das Rotorlager (268) dazu ausgebildet ist, Fluidschmiermittel zu der Innenoberfläche der genannten zylindrischen Nabe (213, 306) zu führen.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch: Mittel zum Schmieren der Seitendichtungen (258) und der Apex-Dichtungen (288); und Wärmeübertragungsmittel (342), die in den Rotorhohlräumen angeordnet sind und eine Mehrzahl von ebenen Wärmeübertragungsplatten (343, 344) umfassen, die in jeweils zueinander parallel beabstandeter Weise angeordnet sind; wobei der erste und der zweite Eingangsanschluss (220, 232) einen im Wesentlichen ausgeglichenen Fluss der genannten Brennstoff-/Luft-Ladung in den Rotorhohlraum (309) von jeder der ersten und zweiten Endplatten (451, 453) aus bewirken, und wodurch die in die Rotorhohlräume (309) fließende Ladung zwischen den Platten (343, 344) hindurch gelangt, bevor sie über den ersten und den zweiten Verteilungsanschluss aus dem Rotorhohlraum (309) austritt, wobei die Wärmeübertragungsmittel (342) in einer wärmemäßig leitenden Beziehung mit dem Rotor (304) sind, so dass von dem Rotor (304) darauf übertragene Wärme ihrerseits zu der Ladung übertragen wird, die durch die Hohlräume gelangt.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsmittel eine Mehrzahl von den wärmeübertragenden Strukturen (342) aufweist, von denen jede in der Nähe eines zugeordneten Apexes (292) innerhalb eines der genannten Rotorhohlräume (309) angeordnet ist.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenfläche der Nabe (306) eine Mehrzahl von bogenförmigen Ausschnitten (326) aufweist, von denen jeder einen Hohlraum an einer Innenfläche (327) der Nabe (306) bildet, wobei jeder der bogenförmigen Ausschnitte (326) an einem Punkt auf der Innenfläche (327) in der Nähe des mittleren Bereiches von einer entsprechenden Flanke (308) angeordnet ist, um so die zwischen der Nabe (306) und dem Steg (307) übertragene Wärme zu begrenzen.
Ladegekühlte Rotationsmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Einlassanschluss durch langgestreckte Schlitze in der ersten und der zweiten Endplatte gebildet ist, wobei die Schlitze eine Länge haben, die erheblich größer als deren Breite ist.