DE102004008309A1

DE102004008309A1 - Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Förderung des Schmieröls

Info

Publication number: DE102004008309A1
Application number: DE102004008309A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Baier; Manfred MÄTHNER; Rudolf Dr.-Ing. Klotz; Michael Schirmer
Original assignee: Wankel SuperTec GmbH
Current assignee: Wankel SuperTec GmbH
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-11-17
Also published as: US7234924B2; US20050186103A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit einer (oder mehreren) Arbeitseinheiten, die im Wesentlichen aus einem Mantelgehäuse, einer Seitenscheibe Endseite, einer Seitenscheibe Abtriebsseite oder einer Mittelscheibe, einer Exzenterwelle und einem Kolben bestehen, wobei die Exzenterwelle eine Exzentereinheit, bestehend aus einem Exzenter, einem endseitigen Dichtungsteil und einem abtriebsseitigen Dichtungsteil besteht, wobei Schmieröl von einer Ölpumpe aus einem Ölbehälter durch die Exzenterwelle zu einem ersten Hauptlager, einem zweiten Hauptlager und zu einem Exzenterlager gefördert wird, von wo es über kegelförmige Anformungen an einem endseitigen Dichtungsteil in einen Kolbenraum gelangt und von dort ebenfalls über eine Kolbenschräge und eine abtriebsseitige Schräge in den Ölbehälter zur Schließung des Ölkreislaufes zurückgefördert wird. Der erfindungsgemäße Vorteil der Schrägen liegt in der klar vorgebbaren Richtung des Ölkreislaufes von der Endseite der Arbeitseinheit zu ihrer Abtriebsseite und zur Verringerung von Panschverlusten und zur Steigerung der Kühlwirkung an der inneren Oberfläche des themisch beanspruchten Kolbens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit einer oder mehreren Arbeitseinheiten, die im Wesentlichen aus einem Mantelgehäuse, einer Seitenscheibe Endseite, einer Seitenscheibe Abtriebsseite oder einer Mittelscheibe, einer Exzenterwelle und einem Kolben bestehen, wobei die Exzenterwelle eine Exzentereinheit, bestehend aus einem Exzenter, einem endseitigen Dichtungsteil und einem abtriebsseitigen Dichtungsteil besteht, wobei der dreieckige auf dem Exzenter gelagerte Kolben zwischen der Seitenscheibe Endseite und der Seitenscheibe Abtriebsseite oder der Mittelscheibe im Mantelgehäuse unter Bildung dreier voneinander durch die Ecken des Kolbens getrennter Arbeitsräume umläuft, die nach einander einen Viertakt-Zyklus durchlaufen und wobei Schmieröl von einer Ölpumpe aus einem Ölbehälter durch die Exzenterwelle zu einem ersten Hauptlager, einem zweiten Hauptlager und zu einem Exzenterlager gefördert wird.

Kreiskolbenbrennkraftmaschinen mit einer inneren Ölschmierung und Ölkühlung sind mit einem Ölbehälter ausgestattet, aus dem eine Ölpumpe das Schmieröl in einen Ölkreislauf fördert, der das Innere der Kreiskolbenbrennkraftmaschine durchläuft und vorzugsweise über eine Zentralbohrung der Exzentrwelle zu dem ersten Hauptlager, dem zweiten Hauptlager und dem Exzenterlager geführt wird. Das Lecköl aus den Lagern setzt seinen Weg in einen ersten und einen zweiten Förderraum neben dem Exzenter fort, um dann nach radial außen in einen Kolbenraum zu strömen, wo die Kühlwirkung des Schmieröls voll zum Tragen kommt. Die Ableitung zurück in den Ölbehälter erfolgt über Ölräume vorzugsweise in der Seitenscheibe Endseite, die mit dem Ölbehälter in Verbindung steht.

Bei der Betrachtung einer Arbeitseinheit einer Kreiskolbenbrennkraftmaschinen mit zwei Arbeitseinheiten wird in Weiterentwicklung zum vorgenannten Stand der Technik vorgeschlagen, Schmieröl von einer Ölpumpe aus einem Ölbehälter in einen Innenraum in der Exzenterwelle zu leiten, wobei der Innenraum als Ringraum in der aus mehreren Teilen zusammen gesetzten Exzenterwelle um einen Zuganker zu verstehen ist. Die Teile sind rohrförmig ausgebildet, wodurch sich eine relativ große Oberfläche zur Kühlung der Exzenterwelle ergibt. Das Schmieröl wird aus dem Ringraum über Ölbohrungen in ein erstes Hauptlager, ein zweites Hauptlager und ein Exzenterlager gefördert, fließt anschließend als Lecköl – wie bereits ausgeführt – in den ersten und zweiten Förderraum sowie schließlich in den Kolbenraum. Zur Ableitung des Schmieröls wird eine Einrichtung zur Unterstützung der Förderung des Schmieröls vorgeschlagen, die sich die Drehbewegungen des Kolbens und der Exzentereinheit zu Nutze macht, um die Durchleitung des Schmieröls axial durch die Arbeitseinheit zu unterstützen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Schmieröl von der Endseite durch den Kolbenraum des Kolbens und teilweise durch Öffnungen im Exzenter in Richtung zur Abtriebsseite zu leiten. Hier ist es von Vorteil, diese Öffnungen auch in dem endseitigen Dichtungsteil und in dem abtriebsseitigen Dichtungsteil deckungsgleich mit den Öffnungen im Exzenter an zu bringen, um der Strömung einen ungehinderten Verlauf zu geben.

Der Exzenter bildet mit dem endseitigen Dichtungsteil und dem abtriebsseitigen Dichtungsteil eine Exzentereinheit, deren Form in Verbindung mit einem Nabenring im Kolben als Einrichtung zur Förderung des Schmieröls dient. Dort sind nämlich Anformungen angeordnet, die das im Betrieb der Kreiskolbenbrennkraftmaschine unter ständiger Beschleunigung stehende Schmieröl in die vorgesehene Richtung leiten helfen. Das Schmieröl gelangt nach dem Austritt aus dem ersten Hauptlager und dem Exzenterlager in den ersten Förderraum, wo es durch die drehende Exzenterwelle unter Fliehkraftwirkung gerät und im Bereich der Exzentereinheit nach radial außen geschleudert wird und auf einen innen kegelförmig am endseitigen Dichtungsteil angeformten Ring trifft, der es an seiner Schräge in Richtung Exzenter ablaufen lässt. Der Ring ist nur im Bereich der Exzentererhebung voll ausgebildet, während er auf der gegenüber liegenden Ringseite wegen des am Kolben angeordneten Hohlrades nur halb so breit ausgeführt ist und einen Durchlass zum Kolbenraum offen lässt. Das Schmieröl gelangt hauptsächlich über einen an der Exzentererhebung radial nach außen führenden Kanal im endseitigen Dichtungsteil in den Kolbenraum, wo auch das Lecköl aus dem Exzenterlager ankommt.

Das jetzt im Kolbenraum befindliche Schmieröl wird aus hier nicht näher erläuterten Gründen durch die Kolbenkinematik aus dem Kolbenraum wieder heraus nach radial innen befördert, wobei es auf die äußere Kegelform des Nabenrings mit der zur Endseite hin verlaufenden Schräge trifft und zur Abtriebsseite hin gedrängt wird. Das abtriebsseitige Dichtungsteil weist im Gegensatz zum endseitigen Dichtungsteil im Bereich der Exzentererhebung keinen Kanal auf, weshalb die Fliehkraft zur Förderung des Schmieröls nicht wirksam werden kann. Vielmehr wird das Schmieröl auf der der Exzentererhebung gegenüberliegenden Seite im Bereich eines nur halb so breiten Leitrings in den zweiten Förderraum gedrückt, wo es auf die innere Kegelform des abtriebsseitigen Dichtungsteils trifft und durch die Fliehkraft eine Bewegungskomponente in Richtung Ölraum in der Mittelscheibe oder in die Seitenscheibe Abtriebsseite bei Kreiskolbenbrennkraftmaschinen mit einer Arbeitseinheit erfährt und abläuft.

Das endseitige Dichtungsteil und das abtriebsseitige Dichtungsteil weisen außerdem je einen ersten Dichtzylinder zur Führung der Dichtlippe einer Exzenterwellendichtung sowie einen zweiten Dichtzylinder zur Führung der Dichtlippe einer Kolbendichtung auf, um zu verhindern, dass Schmieröl an den Seitenscheiben vorbei in den Arbeitsraum gelangt.

Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, die Versorgung einer Arbeitseinheit einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit Schmier- und Kühlöl dahingehend zu verbessern, dass ein Ölkreislauf durch besondere Gestaltungsmaßnahmen zur besseren Kühlung des Kolbens und zur Vermeidung von Verlusten optimiert wird.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches beschrieben. Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand von zwei Zeichnungen wird ein Schmierölkreislauf in einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine erläutert. Es zeigen
1 einen Teilschnitt aus einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit zwei Arbeitseinheiten mit einem Mantelgehäuse, einer Seitenscheibe Endseite, einer Mittelscheibe, einem Kolben und einer Exzenterwelle mit einem Exzenter, an welchem ein endseitiges Dichtungsteil und ein abtriebsseitiges Dichtungsteil angeordnet ist;
2 das endseitige Dichtungsteil im Schnitt und in der Draufsicht.
Die 1 zeigt eine Arbeitseinheit einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine, bestehend aus einem Mantelgehäuse 1, einer Seitenscheibe Endseite 2, einem Kolben 4 mit einem Kolbenboden 11 zur Bildung eines Arbeitsraumes 21 und einer Mittelscheibe 3, wenn man eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit zwei Arbeitseinheiten unterstellt. Eine Exzenterwelle 12 mit einem Exzenter 13 ist in einem ersten Hauptlager 17 in einem ersten Sonnenrad 15 in der Seitenscheibe Endseite 2 und in einem zweiten Hauptlager 18 in einem zweiten Sonnenrad 16 in der Mittelscheibe 3 gelagert. Der Exzenter 13 weist ein Exzenterlager 29 sowie ein endseitiges Dichtungsteil 5 und ein abtriebsseitiges Dichtungsteil 6 auf, wobei die Dichtungsteile 5 und 6 durch ihre feste Verbindung mit dem Exzenter 13 eine Exzentereinheit 14 bilden, und je einen ersten Dichtzylinder 34 für je eine Exzenterwellendichtung 19 in der Seitenscheibe Endseite 2 und in der Mittelscheibe 3 sowie je einen zweiten Dichtzylinder 35 für je eine Kolbendichtung 20 im Kolben 4 aufweisen. Am Kolben 4 ist ein Hohlrad 7 endseitig angeordnet, welches mit dem ersten Sonnenrad 15 kämmt und seine jeweilige Lage relativ zum Exzenter 13 definiert. Der Kolben 4 weist einen Kolbenraum 25 und einen Nabenring 28 mit einem Exzenterlager 29 auf, mit welchem der Kolben 4 auf dem Exzenter 13 drehbar gelagert ist.
Für die Kreiskolbenbrennkraftmaschine wird ein Ölkreislauf vorgeschlagen, der aus einem Ölbehälter durch eine Ölpumpe gespeist wird, die das Schmieröl zuerst über einen Ringkanal 22 in einen Innenraum 24 der Exzenterwelle 12 pumpt, von wo es als Lecköl über das erste Hauptlager 17 in einen ersten Förderraum 26, über das zweite Hauptlager 18 in einen zweiten Förderraum 27 und über das Exzenterlager 13 in den Kolbenraum 25 gelangt. Wie aus der 2 ersichtlich, weist das endseitige Dichtungsteil 5 einen Kanal 30 als Aussparung in einer radialen Richtung 33 auf, die in einer Richtung 33 zu einer Exzentererhebung weist und von einer Exzenterwellenmitte 36 als Drehmittelpunkt über eine Exzentermitte 37 verläuft. Der Kanal 30 befindet sich im Bereich der größten Fliehkraft und fördert das Schmieröl direkt auf die Verzahnung des Hohlrades 7 und daran vorbei in den Kolbenraum 25. Zur Unterstützung des Schmieröltransports ist am endseitigen Dichtungsteil 5 ein Ring 31 angeformt, der koaxial zur Exzenterwelle verläuft und in der Richtung 33 über die ganze Breite des endseitigen Dichtteils 5 verläuft, während er in der Gegenrichtung eine geringere Breite aufweist, um dort einerseits dem Hohlrad 7 Raum zu geben, andererseits die Verbindung zwischen dem ersten Förderraum 26 und dem Kolbenraum 25 her zu stellen. Erfindungsgemäß weist der Ring 31 an seinem Innendurchmesser eine Kegelform mit einer endseitigen Schräge 8 auf, um dem Schmieröl den Verlauf zum Kanal 30 im Bereich der vollen Breite des Ringes 31 zu erleichtern. Das im Kolbenraum 25 ankommende Schmieröl unterliegt infolge der Kolbenkinematik einmal der Fliehkraft aus der Kolbendrehzahl und der dreimal schnelleren Exzenterwellendrehzahl, wobei die durch letztere wirkende Fliehkraft sich an der Stelle des Kolbens umkehrt, die den Bereich des Exzenters 13 entgegen der Richtung 33 durchläuft und nach innen wirkt. Diese Wirkung ist es, die das Schmieröl gegen eine Kegelform auf dem Nabenring 28 mit einer Kolbenschräge 10 leitet, von wo das Schmieröl in den zweiten Förderraum 27 gedrängt wird. Analog zum Ring 31 am endseitigen Dichtungsteil 5 ist am abtriebsseitigen Dichtungsteil 6 ein Leitring 32 mit einer innen angeordneten Kegelform mit einer abtriebsseitigen Schräge 9 angeordnet, die im Durchmesser zur Abtriebsseite hin größer wird und das der Exzenterwellenfliehkraft unterworfene Schmieröl in einen Ölraum 23 in der Mittelscheibe 3 ableitet. Der Schmierölkreis ist geschlossen, wenn das Schmieröl schwerkraftbedingt in den Ölbehälter zurück gelaufen ist.
Der erfindungsgemäße Vorteil der Schrägen 8, 9 und 10 liegt in der klar vorgebbaren Richtung des Ölkreislaufes von der Endseite der Arbeitseinheit zu ihrer Abtriebsseite und zur Verringerung von Panschverlusten und zur Steigerung der Kühlwirkung an der Inneren Oberfläche des thermisch beanspruchten Kolbens 4.

1: Mantelgehäuse
2: Seitenscheibe Endseite
3: Seitenscheibe Abtriebsseite/Mittelscheibe
4: Kolben
5: Endseitiges Dichtungsteil
6: Abtriebsseitiges Dichtungsteil
7: Hohlrad
8: Endseitige Schräge
9: Abtriebsseitige Schräge
10: Kolbenschräge
11: Kolbenboden
12: Exzenterwelle
13: Exzenter
14: Exzentereinheit
15: Erstes Sonnenrad
16: Zweites Sonnenrad
17: Erstes Hauptlager
18: Zweites Hauptlager
19: Exzenterwellendichtung
20: Kolbendichtung
21: Arbeitsraum
22: Ringkanal
23: Ölraum
24: Innenraum
25: Kolbenraum
26: Erster Förderraum
27: Zweiter Förderraum
28: Nabenring
29: Exzenterlager
30: Kanal
31: Ring
32: Leitring
33: Richtung der Exzentererhebung
34: Erster Dichtzylinder
35: Zweiter Dichtzylinder
36: Exzenterwellenmitte
37: Exzentermitte

Claims

Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit einer oder mehreren Arbeitseinheiten, die im Wesentlichen aus einem Mantelgehäuse, einer Seitenscheibe Endseite, einer Seitenscheibe Abtriebsseite oder einer Mittelscheibe, einer Exzenterwelle und einem Kolben bestehen, wobei die Exzenterwelle eine Exzentereinheit, bestehend aus einem Exzenter, einem endseitigen Dichtungsteil und einem abtriebsseitigen Dichtungsteil besteht, wobei der dreieckige auf dem Exzenter gelagerte Kolben zwischen der Seitenscheibe Endseite und der Seitenscheibe Abtriebsseite oder der Mittelscheibe im Mantelgehäuse unter Bildung dreier voneinander durch die Ecken des Kolbens getrennter Arbeitsräume umläuft, die nach einander einen Viertakt-Zyklus durchlaufen und wobei Schmieröl von einer Ölpumpe aus einem Ölbehälter durch die Exzenterwelle zu einem ersten Hauptlager, einem zweiten Hauptlager und zu einem Exzenterlager gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitseinheit eine Einrichtung zur Förderung des Schmieröls aufweist, die sich die Drehbewegungen des Kolbens (4) und des Exzenters (13) zu Nutze macht, um die Durchleitung des Schmieröls axial durch die Arbeitseinheit zu unterstützen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Durchleitung des Schmieröls im Wesentlichen von der Endseite durch den Kolben (4) und durch den Exzenter (13) zur Abtriebsseite hin verläuft.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Förderung des Schmieröls im Wesentlichen aus Anformungen am endseitigen Dichtungsteil (5), am Kolben (4) und am abtriebsseitigen Dichtungsteil (6) bestehen, die das unter ständiger Beschleunigung stehende Schmieröl in die vorgesehene Richtung leiten.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anformungen kegelförmig ausgestaltet sind, die das auf ihnen auftreffende Schmieröl in Richtung zur Abtriebsseite ableiten.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das endseitige Dichtungsteil (5) an seinem Innendurchmesser einen Ring (31) mit einer Kegelform aufweist, deren Durchmesser sich zur Abtriebsseite hin vergrößert, wobei ihre Mantellinie eine endseitige Schräge (8) darstellt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das abtriebsseitige Dichtungsteil (6) an seinem Innendurchmesser einen Leitring (32) mit einer Kegelform aufweist, deren Durchmesser sich zur Abtriebsseite hin vergrößert, wobei ihre Mantellinie eine abtriebsseitige Schräge (9) darstellt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) zur Aufnahme des Exzenterlagers (29) seinem Nabenring (28) aufweist, dessen Außendurchmesser aus einer zumindest teilweise ausgebildeten äußeren Kegelform besteht, die sich zur Abtriebsseite hin verkleinert, wobei seine Mantellinie eine Kolbenschräge (10) darstellt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das endseitige Dichtungsteil (5) einen Kanal (30) aufweist, der nach radial außen in einer Richtung (33) einer Exzentererhebung angeordnet ist und einen ersten Förderraum (26) mit einem Kolbenraum (25) im Innern des Kolbens (4) verbindet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (25) mit einem zweiten Förderraum (27) und mit einem Ölraum (23) in der Seitenscheibe Abtriebsseite (3) in Verbindung steht, wobei das abtriebsseitige Dichtungsteil (6) eine Förderung des Schmieröls durch Fliehkraftwirkung entlang der Richtung (33) der Exzentererhebung in den Kolbenraum (25) durch die Ausbildung des Leitringes (32) verhindert.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitring (32) am abtriebsseitigen Dichtungsteil (6) gegenüber dem Bereich der Exzentererhebung etwa zur Hälfte des Umfangs zurück gesetzt ist und so eine Ausnehmung aufweist, die dort gleichzeitig den zweiten Förderraum (27) mit dem Kolbenraum (25) und dem Ölraum (23) verbindet.