DE10124560A1 - Kreiskolbenmotor - Google Patents

Abstract

Bei einem Kreiskolbenmotor der Trochoidenbauart mit einem Läufergehäuse (2) mit zweibogiger Innenkontur und dreiförmigen Kolbenläufern (9) mit Gleitlagerung wird vorgesehen, dass der Schmieröl-Druckkreislauf unterteilt wird in einen Hochdruckkreis (13, 16) und einem Niederdruck-Bypass-Kreislauf (20), der über Verzweigungen (21, 22) die Seitenteile (1, 4) und axialen Kühlkanäle (23, 28) des Läufergehäuses mit zur Kühlung dienendem Öl versorgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreiskolbenmotor in Trochoidenbauart mit ei­ nem Läufergehäuse, zwei Seitenscheiben, einer in den Seitenscheiben gelagerten Exzenterwelle, einem Läufer, der auf dem Exzenter der Exzen­ terwelle gelagert ist und mit einer Druckölversorgungseinrichtung zum Zu­ führen von Öl zu den Lagern in den Seitenscheiben und dem Lager des Läufers auf dem Exzenter.

Kreiskolbenmotoren der eingangs genannten Bauart sind in vielen Varian­ ten bekannt, beispielsweise aus der DE-C 40 03 663, und werden auch serienmäßig produziert. Diese Motoren sind meist mit einer Flüssigkeits­ kühlung ausgerüstet, für die periphere Wärmetauscher und Leitungen be­ nötigt werden. Durch diese Zusatzeinrichtungen und die Kühlflüssigkeit wird das Gesamtgewicht des Aggregats gegenüber dem reinen Motorge­ wicht nahezu verdoppelt. Bei bekannten, gewichtsoptimierten Konstruktio­ nen mit einem Leistungsbereich bis ca. 100 KW liegt das System- Leistungsgewicht bei ca. 1 kg/KW oder mehr. Eine Reduzierung des Sys­ tem-Leistungsgewichts wäre insbesondere bei der Verwendung derartiger Motoren im Flugbetrieb wünschenswert. Zusätzlich wird bei modernen Mo­ toren neben einer hohen spezifischen Leistung auch ein möglichst hoher Wirkungsgrad verlangt. Darüber hinaus soll die Möglichkeit gegeben sein, den Motor aufzuladen, insbesondere für einen Vielstoffbetrieb im Schicht­ ladeverfahren. Dieses Aufladen führt zu erhöhten Brennraumdrücken und hoher örtlicher Temperaturbelastung verbunden. Eine an sich aus Ge­ wichtsgründen sich anbietende Luftkühlung kann diese Anforderungen nicht erfüllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreiskolbenmotor der ein­ gangs genannten Art mit einem möglichst geringen System-Leistungs­ gewicht zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass von der Druckölversorgungsein­ richtung eine Niederdruckleitung abzweigt, die zu Kühlkanälen der Seiten­ scheiben und des Läufergehäuses führt, die an einen Rücklauf der Druck­ ölversorgungseinrichtung angeschlossen sind.

Gemäß der Erfindung wird das für die Lagerschmierung und für die Küh­ lung des Kolbens benötigte Drucköl auch dazu verwendet, das Läuferge­ häuse und die Seitenscheiben zu kühlen. Dadurch entfällt ein separater Kühlmittelkühler mit den zugehörigen Leistungen, so dass sich entspre­ chend das Gewicht des Systems reduzieren lässt.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Niederdrucklei­ tung an beide Seitenscheiben angeschlossen ist, deren Kühlkanäle mit axialen Kühlkanälen des Läufergehäuses in Verbindung stehen. Dabei wird vorteilhaft weiter vorgesehen, dass die Kühlkanäle der Seitenscheiben derart gestaltet sind, dass das Öl, das einer Seitenscheibe zugeführt wird, nach Durchströmen der Kühlkanäle des Läufergehäuses in der anderen Seitenscheibe abgeführt wird. Damit ergibt sich eine sehr effektive Kühlung der Seitenscheiben und des Läufergehäuses.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass das Läu­ fergehäuse über einen Winkelbereich von etwa 90° in Drehrichtung vor ei­ nem Abgasauslaß mit axialen Kühlkanälen versehen ist. In der Praxis wird es meist genügen, nur diesen Bereich mit Öl zu kühlen, da in diesem Be­ reich die stärkste Wärmebelastung auftritt.

Zweckmäßigerweise wird vorgesehen, dass die Druckölversorgungsein­ richtung eine Ölpumpe enthält, deren Fördermenge auf wenigstens das Doppelte der zur Lagerschmierung benötigten Ölmenge ausgelegt ist. Da­ mit wird in dem Niederdruckzweig des Ölkreislaufes eine ausreichend gro­ ße Menge an Kühlöl gefördert.

Um die thermische Belastung des Motors weiter zu reduzieren, wird zu­ sätzlich vorgesehen, dass das Läufergehäuse über einen Winkelbereich von etwa 90° in Drehrichtung vor einem Abgasauslaß mit Kühlrippen ver­ sehen ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ form.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch einen Kreiskolbenmotor mit einer schematischen Darstellung des kombinierten Schmier- und Kühl­ ölkreislaufes,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Läufergehäuses des Kreiskol­ benmotors nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der der Abtriebsseite zugeordneten Seitenscheibe.

Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Kreiskolbenmotor ist auch Gegenstand der parallelen Patentanmeldungen, die die Priorität vom 27. 05. 2000 der Pa­ tentanmeldungen 100 26 447.6 und 100 26 448.4 in Anspruch nehmen.

Das Gehäuse das in Fig. 1 dargestellten Kreiskolbenmotors besitzt ein Sei­ tenteil oder eine Seitenscheibe 1, ein Läufergehäuse 2 mit zweibogiger trochoidenförmiger Mantellaufbahn 3 und eine auf der Abtriebsseite ange­ ordneten Seitenscheibe 4 oder Seitenteil. In den Seitenscheiben 1 und 4 ist eine Exzenterwelle 5 mittels Gleitlagern 6 und 7 gelagert. Auf dem Ex­ zenter 8 der Exzenterwelle 5 ist ein dreieckförmiger Kolbenläufer 9 mittels eines Exzentergleitlagers 10 gelagert. Der Kolben ist mittels eines Syn­ chronisiergetriebes, wie es im Prinzip aus der DE-C 40 03 663 bekannt ist, mit der Exzenterwelle 5 verbunden.

Auf der Exzenterwelle 5 ist ein Außenzahnrad 11 einer Außenzahnradöl­ pumpe 12 befestigt, welches in nicht näher dargestellter Weise mit einem Pumpenzahnrad kämmt, das einen deutlich größeren Durchmesser als das Antriebszahnrad 11 aufweist. Die Außenzahnradölpumpe befördert Öl un­ ter Druck durch eine Druckleitung 13 hindurch zu einem Ölwärmetauscher 14 und einem Ölfilter 15. Von dem Ölfilter 15 führt eine Druckleitung 16 zur Schmierölversorgung der Gleitlager 6 und 7 der Exzenterwelle 5 und des Gleitlagers 10 des ölgekühlten Kolbenläufers 9.

Von der Druckleitung 16 zweigt eine zu einem Abgasturbolader 17 führen­ de Bypass-Druckleitung 18 ab. Von dem Abgasturbolader 17 führt eine Lei­ tung zu einem Ölsammelbehälter 27, zu welchem auch das von den Gleit­ lagern 6, 7 und 10 ablaufende Öl zurückgeführt wird.

Von der Druckleitung 16 nach dem Ölfilter 15 zweigt eine Niederdrucklei­ tung 20 ab, in welcher ein Druckhalteventil 19 angeordnet ist. Das Druck­ halteventil 19 sorgt dafür, dass der Öldruck in der Druckleitung 16 auf ei­ nen Maximalwert begrenzt wird, der beispielsweise 4 bar beträgt, obwohl die Außenzahnradölpumpe 12 das Doppelte oder mehr der Ölmenge för­ dert, die für die Schmierung der Gleitlager 6, 7 und 10 benötigt wird. Das Überschussöl wird hinter dem Druckhalteventil 19 entspannt und über die Niederdruckleitung 20 dem Gehäuse des Kreiskolbenmotors zugeführt.

Die Niederdruckleitung 20 ist in Verzweigungsleitungen 21, 22 aufgeteilt, die den Seitenscheiben 1, 4 an der höchsten Stelle zugeführt werden. Das mittels der Verzweigungsleitung 21 der Seitenscheibe 1 zugeführte Öl wird von dort in Axialbohrungen 23 umgelenkt, durch die es hindurch zu der ge­ genüberliegenden Seitenscheibe 4 strömt. Innerhalb der Seitenscheibe 4 strömt es über mehrere Kühlkanäle 24, 38 zu einer das Gleitlager 7 umge­ benden Ringkammer 25 und von dort zu einem Ölrücklauf 26, der zu dem Ölbehälter 27 führt. Das Seitenteil 4 ist zweiteilig hergestellt und besteht aus einem Grundkörper, der vorzugsweise als Gussteil hergestellt ist und eine radiale, dem Kolbenläufer 9 zugewandte Innenwandung aufweist, ist auf der Außenseite mit Rippen versehen, die die Kanäle 24 bilden, die um die Ringkammer herum zu dem Ölrücklauf 26 führen. Das im Bereich der Abgasleitung 34 zugeführte Öl strömt über einen Kanal 38 zu der Ring­ kammer 25 und von dort zu dem Ölrücklauf 26. Der Kanal 38 ist im Bereich der Abgasöffnung 34 angeordnet und mit inneren Führungsrippen 39 ver­ sehen.

In entsprechender Weise wird über die Verzweigungsleitung 22 der Sei­ tenscheibe 4 Kühlöl zugeführt, das von dort über axiale Kühlkanäle 37 des Läufergehäuses 2 und danach durch entsprechende Kanäle 29 zu einem ringförmigen Hohlraum 30 und von dort zu einem Ölrücklauf 31 führt.

Fig. 2, die in die perspektivische Ansicht des Läufergehäuses 2 mit der tro­ choidenförmigen Mantellaufbahn zeigt, zeigt auch die Anordnung einer Einlassöffnung 33 und der Auslassöffnung 34. Die Drehrichtung des in Fig. 2 nicht dargestellten Kolbenläufers 9 ist mit dem Pfeil n angegeben. Von einer Einsattelung 35 bis zu der Auslassöffnung 34 erstreckt sich der so­ genannte warme Bogen des Läufergehäuses 2 über etwa 90°. In diesem Bereich erfolgt die Kühlung mittels Öl, das über die Niederdruckleitung 20 und die Verzweigungsleitungen 21, 22 zugeführt wird. In dem Bereich des warmen Bogens ist darüber hinaus das Läufergehäuse auf der Außenseite mit axial gerichteten Kühlrippen 36 versehen, so dass eine zusätzliche Luftkühlung erfolgt.

In Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der auf der Abtriebsseite ange­ ordneten Seitenscheibe 4 gezeigt, d. h. der Grundkörper dieser Seiten­ scheibe 4 ohne Abdeckscheibe. Die Austrittsöffnungen 37 gehören zu den axialen Kühlbohrungen oder Kühlkanälen 23 des Läufergehäuses 2 und führen zu den im wesentlichen konzentrisch um den ringförmigen Hohl­ raum 25 angeordneten Kühlkanälen 24. Die Strömungsrichtung des zur Kühlung dienenden Öls ist dabei gegensinnig zur Drehrichtung n des Kol­ benläufers 9. Der zusätzliche Kühlkanal 38, in welchem eine Durchströ­ mung im Drehsinn des Kolbenläufers 9 erfolgt, ist mit Führungsrippen 39 für .das Öl versehen. Sowohl der Kühlkanal 39 als auch die Kühlkanäle 24 führen zu dem Ölrücklauf 26.

Claims (9)

1. Kreiskolbenmotor in Trochoidenbauart mit einem Läufergehäuse (2), zwei Seitenscheiben (1, 4), einer in den Seitenscheiben gelagerten Exzen­ terwelle (5), einem Läufer (9), der auf dem Exzenter (8) der Exzenterwelle (5) gelagert ist, und mit einer Druckölversorgungseinrichtung (12, 13, 14, 15, 16) zum Zuführen von Öl zu den Lagern (6, 7) in den Seitenscheiben (1, 4) und dem Lager (10) des Läufers (9) auf dem Exzenter (8), dadurch gekennzeichnet, dass von der Druckölversorgungseinrichtung (12, 13, 14, 15, 16) eine Niederdruckleitung (20) abzweigt, die zu Kühlkanälen (23, 28, 24, 38) der Seitenscheiben (1, 4) und des Läufergehäuses (2) führt, die an einen Rücklauf (26) der Druckölversorgungseinrichtung angeschlossen sind.

2. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckleitung (20, 21, 22) an beide Seitenscheiben (1, 4) ange­ schlossen ist, deren Kühlkanäle (24, 29) mit axialen Kühlkanälen (23, 28) des Läufergehäuses (2) in Verbindung stehen.

3. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle in den Seitenscheiben (1, 4) derart gestaltet sind, dass das Öl, das einer Seitenscheibe (1) oder (4) zugeführt wird, nach Durchströmen der Kühlkanäle (23, 28) des Läufergehäuses (2) in der an­ deren Seitenscheibe (4, 1) abgeführt wird.

4. Kreiskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Läufergehäuse (2) über einen Winkelbereich von etwa 90° in Drehrichtung vor einem Abgasauslaß (34) mit axialen Kühlkanälen (23, 28) versehen ist.

5. Kreiskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Seitenscheiben (1, 4) auf ihrer dem Läufergehäuse (2) abgewandten Seite mit im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufen­ den Rippen versehen sind, die zusammen mit einem Deckel Kühlkanäle (24, 29) bilden, die vorzugsweise gegensinnig zur Drehrichtung des Läu­ fers (9) gerichtet sind.

6. Kreiskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Druckölversorgungseinrichtung eine Ölpumpe (12) enthält, deren Fördermenge auf wenigstens das Doppelte der zur Lager­ schmierung benötigten Ölmenge ausgelegt ist.

7. Kreiskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Läufergehäuse (2) über einen Winkelbereich von 90° in Drehrichtung (n) des Läufers (9) vor einem Abgasauslaß (34) auf der Außenseite mit Kühlrippen (36) versehen ist.

8. Kreiskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Druckölversorgungseinrichtung eine Ölpumpe zur Versorgung der Druckölleitung und eine eigene Pumpe zur Versorgung der Niederdruckleitung enthält.

9. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass drei aufeinanderfolgende Zahnräder vorgesehen sind, die jeweils paarwei­ se eine Ölpumpe bilden.