DE10124560B4

DE10124560B4 - Kreiskolbenmotor

Info

Publication number: DE10124560B4
Application number: DE10124560.2A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Eiermann Dankwart
Original assignee: Brandenburgische Forschungs- und Entw Cottbus Mbh; BRANDENBURGISCHE FORSCHUNGS- und ENTWICKLUNGSGESELLSCHAFT COTTBUS MBH
Current assignee: Brandenburgische Forschungs- und Entw Cottbus Mbh; BRANDENBURGISCHE FORSCHUNGS- und ENTWICKLUNGSGESELLSCHAFT COTTBUS MBH
Priority date: 2000-05-27
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: CA2348817A1; US6503070B2; US20020015652A1; IL143267A0; DE10124560A1; CA2348817C

Abstract

Kreiskolbenmotor in Trochoidenbauart mit einem Läufergehäuse (2), zwei Seitenscheiben (1, 4), einer in den Seitenscheiben gelagerten Exzenterwelle (5), einem Läufer (9), der auf dem Exzenter (8) der Exzenterwelle (5) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein kombinierter Schmier- und Kühlölkreislauf vorgesehen ist, 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) und mit einer von der Druckölversorgungseinrichtung (12, 13, 14, 15, 16) abzweigenden Niederdruckleitung (20), 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.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreiskolbenmotor in Trochoidenbauart mit einem Läufergehäuse, zwei Seitenscheiben, einer in den Seitenscheiben gelagerten Exzenterwelle, einem Läufer, der auf dem Exzenter der Exzenterwelle gelagert ist und mit einer Druckölversorgungseinrichtung zum Zuführen von Öl zu den Lagern in den Seitenscheiben und dem Lager des Läufers auf dem Exzenter.
Kreiskolbenmotoren der eingangs genannten Bauart sind in vielen Varianten bekannt, beispielsweise aus der DE 40 03 663 C2 , US 3,102,516 oder US 3,942,917 , und werden auch serienmäßig produziert. Diese Motoren sind meist mit einer Flüssigkeitskühlung ausgerüstet, für die periphere Wärmetauscher und Leitungen benötigt werden. Durch diese Zusatzeinrichtungen und die Kühlflüssigkeit wird das Gesamtgewicht des Aggregats gegenüber dem reinen Motorgewicht nahezu verdoppelt. Bei bekannten, gewichtsoptimierten Konstruktionen mit einem Leistungsbereich bis ca. 100 KW liegt das System-Leistungsgewicht bei ca. 1 kg/KW oder mehr. Eine Reduzierung des System-Leistungsgewichts wäre insbesondere bei der Verwendung derartiger Motoren im Flugbetrieb wünschenswert. Zusätzlich wird bei modernen Motoren 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 Schichtladeverfahren. Dieses Aufladen führt zu erhöhten Brennraumdrücken und hoher örtlicher Temperaturbelastung verbunden. Eine an sich aus Gewichtsgründen sich anbietende Luftkühlung kann diese Anforderungen nicht erfüllen.
Flüssigkeitsgekühlte Kreiskolbenmotoren sind beispielsweise auch aus DE 25 11 451 A1 (entspricht US 4,037,999 A ) bekannt. Aus DE 35 45 818 A1 ist es bekannt, auf eine Ölkühlung des Kolbens zu verzichten, wobei der Kolben und die Exzenterlager indirekt über eine gekühlte Exzenterwelle gekühlt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreiskolbenmotor der eingangs genannten Art mit einem möglichst geringen System-Leistungsgewicht zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein kombinierter Schmier- und Kühlölkreislauf vorgesehen ist, mit einer Druckölversorgungseinrichtung zum Zuführen von Öl zu den Lagern in den Seitenscheiben und dem Lager des Läufers auf dem Exzenter und mit einer von der Druckölversorgungseinrichtung abzweigenden Niederdruckleitung, die zu Kühlkanälen der Seitenscheiben und des Läufergehäuses führt, die an einen Rücklauf der Druckölversorgungseinrichtung angeschlossen sind.
Gemäß der Erfindung wird das für die Lagerschmierung und für die Kühlung des Kolbens benötigte Drucköl auch dazu verwendet, das Läufergehäuse und die Seitenscheiben zu kühlen. Dadurch entfällt ein separater Kühlmittelkühler mit den zugehörigen Leistungen, so dass sich entsprechend das Gewicht des Systems reduzieren lässt.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Niederdruckleitung 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 Läufergehäuse über einen Winkelbereich von etwa 90° in Drehrichtung vor einem Abgasauslass mit axialen Kühlkanälen versehen ist. In der Praxis wird es meist genügen, nur diesen Bereich mit Öl zu kühlen, da in diesem Bereich die stärkste Wärmebelastung auftritt.
Zweckmäßigerweise wird vorgesehen, dass die Druckölversorgungseinrichtung eine Ölpumpe enthält, deren Fördermenge auf wenigstens das Doppelte der zur Lagerschmierung benötigten Ölmenge ausgelegt ist. Damit wird in dem Niederdruckzweig des Ölkreislaufes eine ausreichend große Menge an Kühlöl gefördert.
Um die thermische Belastung des Motors weiter zu reduzieren, wird zusätzlich vorgesehen, dass das Läufergehäuse über einen Winkelbereich von etwa 90° in Drehrichtung vor einem Abgasauslaß mit Kühlrippen versehen ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform.
1 zeigt einen Axialschnitt durch einen Kreiskolbenmotor mit einer schematischen Darstellung des kombinierten Schmier- und Kühlölkreislaufes,
2 eine perspektivische Ansicht des Läufergehäuses des Kreiskolbenmotors nach 1 und
3 eine perspektivische Ansicht der der Abtriebsseite zugeordneten Seitenscheibe.
Der in 1 bis 3 dargestellte Kreiskolbenmotor ist auch Gegenstand der parallelen Patentanmeldungen, die die Priorität vom 27.05.2000 der Patentanmeldungen 100 26 447.6 und 100 26 448.4 in Anspruch nehmen.
Das Gehäuse das in 1 dargestellten Kreiskolbenmotors besitzt ein Seitenteil oder eine Seitenscheibe 1, ein Läufergehäuse 2 mit zweibogiger trochoidenförmiger Mantellaufbahn 3 und eine auf der Abtriebsseite angeordneten Seitenscheibe 4 oder Seitenteil. In den Seitenscheiben 1 und 4 ist eine Exzenterwelle 5 mittels als Gleitlagern gestalteten Lagern 6 und 7 gelagert. Auf dem Exzenter 8 der Exzenterwelle 5 ist ein dreieckförmiger Kolbenläufer 9 mittels eines als Gleitlagers gestalteten Lagers 10 gelagert. Der Kolben ist mittels eines Synchronisiergetriebes, 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 als Außenzahnradölpumpe gestalteten Ölpumpe 12 befestigt, welches in nicht näher dargestellter Weise mit einem Pumpenzahnrad kämmt, das einen deutlich größeren Durchmesser als das als Antriebszahnrad dienende Außenzahnrad 11 aufweist. Die Außenzahnradölpumpe befördert Öl unter 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 führende Bypass-Druckleitung 18 ab. Von dem Abgasturbolader 17 führt eine Leitung zu einem Ölsammelbehälter 27, zu welchem auch das von den Gleitlagern 6, 7 und 10 ablaufende Öl zurückgeführt wird.
Von der Druckleitung 16 nach dem Ölfilter 15 zweigt eine Niederdruckleitung 20 ab, in welcher ein Druckhalteventil 19 angeordnet ist. Das Druckhalteventil 19 sorgt dafür, dass der Öldruck in der Druckleitung 16 auf einen Maximalwert begrenzt wird, der beispielsweise 4 bar beträgt, obwohl die Außenzahnradölpumpe 12 das Doppelte oder mehr der Ölmenge fördert, 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 als Axialbohrungen gestaltete Kühlkanäle 23 umgelenkt, durch die es hindurch zu der gegenüberliegenden Seitenscheibe 4 strömt. Innerhalb der Seitenscheibe 4 strömt es über mehrere Kühlkanäle 24, 38 zu einer das Gleitlager 7 umgebenden Ringkammer 25 und von dort zu einem Ölrücklauf 26, der zu dem Ölsammelbehälter 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. Der Grundkörper ist auf der Außenseite mit Rippen versehen, die die Kühlkanäle 24 bilden, die um die Ringkammer herum zu dem Ölrücklauf 26 führen. Das im Bereich der Abgasauslasses 34 zugeführte Öl strömt über einen Kühlkanal 38 zu der Ringkammer 25 und von dort zu dem Ölrücklauf 26. Der Kühlkanal 38 ist im Bereich des Abgasauslasses 34 angeordnet und mit inneren Führungsrippen 39 versehen.
In entsprechender Weise wird über die Verzweigungsleitung 22 der Seitenscheibe 4 Kühlöl zugeführt, das von dort über axiale Kühlkanäle 28 des Läufergehäuses 2 und danach durch entsprechende Kanäle 29 zu einem ringförmigen Hohlraum 30 und von dort zu einem Ölrücklauf 31 führt.
2, die in die perspektivische Ansicht des Läufergehäuses 2 mit der trochoidenförmigen Mantellaufbahn zeigt, zeigt auch die Anordnung einer Einlassöffnung 33 und des auch als Auslassöffnung bezeichneten Abgasauslasses 34. Die Drehrichtung des in 2 nicht dargestellten Kolbenläufers 9 ist mit dem Pfeil n angegeben. Von einer Einsattelung 35 bis zu dem Abgasauslass 34 erstreckt sich der sogenannte 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 3 ist eine perspektivische Ansicht der auf der Abtriebsseite angeordneten Seitenscheibe 4 gezeigt, d. h. der Grundkörper dieser Seitenscheibe 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 die Ringkammer 25 angeordneten Kühlkanälen 24. Die Strömungsrichtung des zur Kühlung dienenden Öls ist dabei gegensinnig zur Drehrichtung n des Kolbenläufers 9. Der zusätzliche Kühlkanal 38, in welchem eine Durchströmung im Drehsinn des Kolbenläufers 9 erfolgt, ist mit Führungsrippen 39 für das Öl versehen. Sowohl der Kühlkanal 38 als auch die Kühlkanäle 24 führen zu dem Ölrücklauf 26.

Claims

Kreiskolbenmotor in Trochoidenbauart mit einem Läufergehäuse (2), zwei Seitenscheiben (1, 4), einer in den Seitenscheiben gelagerten Exzenterwelle (5), einem Läufer (9), der auf dem Exzenter (8) der Exzenterwelle (5) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein kombinierter Schmier- und Kühlölkreislauf vorgesehen ist, 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) und mit einer von der Druckölversorgungseinrichtung (12, 13, 14, 15, 16) abzweigenden Niederdruckleitung (20), 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.
Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckleitung (20, 21, 22) an beide Seitenscheiben (1, 4) angeschlossen ist, deren Kühlkanäle (24, 29) mit axialen Kühlkanälen (23, 28) des Läufergehäuses (2) in Verbindung stehen.
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 anderen Seitenscheibe (4, 1) abgeführt wird.
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.
Kreiskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenscheiben (1, 4) auf ihrer dem Läufergehäuse (2) abgewandten Seite mit im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen versehen sind, die zusammen mit einem Deckel Kühlkanäle (24, 29) bilden, die vorzugsweise gegensinnig zur Drehrichtung des Läufers (9) gerichtet sind.
Kreiskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckölversorgungseinrichtung eine Ölpumpe (12) enthält, deren Fördermenge auf wenigstens das Doppelte der zur Lagerschmierung benötigten Ölmenge ausgelegt ist.
Kreiskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, 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.
Kreiskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckölversorgungseinrichtung eine Ölpumpe zur Versorgung der Druckölleitung und eine eigene Pumpe zur Versorgung der Niederdruckleitung enthält.
Kreiskolbenmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass drei aufeinanderfolgende Zahnräder vorgesehen sind, die jeweils paarweise eine Ölpumpe bilden.