DE112010004763T5

DE112010004763T5 - Dichtungsbaugruppe für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112010004763T5
Application number: DE112010004763T
Authority: DE
Inventors: Peter Hofbauer
Original assignee: EcoMotors International Inc
Current assignee: EcoMotors International Inc
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2012-10-11
Also published as: CN102652237A; GB2489132A; US8701620B2; GB201210107D0; GB2489132B; JP2013513769A; WO2011072063A1; US20130008406A1

Abstract

Eine verbesserte Öl- und Gasdichtungsbaugruppe für einen Verbrennungsmotor, die einen Abstreifring umfasst, der innerhalb einer ringförmigen Aufnahmenut gehalten ist, die in mehreren Ausführungsformen in der Seitenwand des Zylinders gebildet ist und so dimensioniert ist, dass sie es erlaubt, dass der Abstreifring dort eingesetzt wird. Die Tiefe der ringförmigen Aufnahmenut reicht aus, um es dem Abstreifring zu erlauben, sich während der Montage an dem Kolben und während des Motorbetriebes auszudehnen, wenn die Baugruppe Vibration und Wärmeschwankungen ausgesetzt ist. Ein elastisches Element umgibt den Abstreifring innerhalb der Aufnahmenut, um nach innen gerichtete Kräfte auf den Abstreifring auszuüben und ihn in Kontakt mit der beweglichen Mantelseitenfläche des Kolbens zu halten, und ebenso in Kontakt mit zumindest einer Wand der Nut, um einen alternativen Wanderlaufweg für Öl oder Verbrennungsgase zu verhindern.

Description

Technisches Gebiet
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen betreffen das Gebiet von Verbrennungsmotoren, die zumindest einen sich hin und her bewegenden Kolben innerhalb eines Zylinders aufweisen, der eine den Kolben umgebende Lauffläche aufweist, und direkter das Gebiet, eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe zwischen dem Kolben und der Lauffläche vorzusehen.
Stand der Technik
Viele herkömmliche Verbrennungsmotoren wurden ausgelegt, Schmieröl bereitzustellen, das auf die Zylinderwände oder Kolbenlaufbuchsen gesprüht wird, über die sich die Kolbenringe während des Taktzyklus des Motors bewegen.
Bei manchen Zweitaktmotoren, wie etwa dem ”Verbrennungsmotor mit einer einzigen Kurbelwelle und mit gegenüberliegenden Zylindern und gegenüberliegenden Kolben (”Opposed-piston Opposed-cylinder engine, OPOC Motor”)”, der in meinem US- Patent Nr. 6,170,443 beschrieben wird, und der durch Bezugnahme hierin umfasst wird, wird Kurbelgehäuseschmieröl auf den Zylinderbereich unterhalb der Kolbenringe verspritzt oder versprüht, um ein Benetzen der Zylinderbuchsenoberfläche zu bewirken. Bei derartigen Schmiersystemen nehmen Kolbenringe das Schmieröl auf, während sie über die benetzten Buchsenoberflächen laufen, und transportieren es weiter, während sich der Kolben vom unteren Totpunkt (bottom dead center, ”BDC”) zum oberen Totpunkt (top dead center, ”TDC”) bewegt. Mit jedem Hub wird eine kleine Menge Öl an den Auslass- und Einlassöffnungen des Zylinders vorbei getragen. Indem eine Mehrzahl von Ringen verwendet wird, wird eine annehmbare Gasdichtung erreicht, um zu verhindern, dass hochverdichtete Abgase entlang der Lücke zwischen dem Kolben und dem Zylinder entweichen.
Es gibt einen Bedarf danach, das Schmiersystem, wie es bei Zweitaktmotoren angewandt wird, zu verbessern, da, falls die Buchse zu stark benetzt ist, die Kolbenringe zu viel Öl in die Spülöffnungen und in die Brennkammer fördern. Dies resultiert in einem Verlust von Öl durch die Auslassöffnungen, was HC-Emissionen ergeben kann. Ferner bewirkt die Bewegung von Öl an den Einlassöffnungen vorbei, dass etwas Öl in die Brennkammer getragen wird, was den Verbrennungsvorgang verändern kann. Umgekehrt kann sich ein übermäßiger Verschleiß ergeben, wenn nicht genügend Öl zu den Kolbenringen transportiert wird.
Ferner ist es wünschenswert, die Anzahl oberer Ringe in einem Motor zu verringern und dennoch eine effiziente Ölschmierung nahe dem oberen Ende des Kolbens über dessen Bewegung zu erlauben, während verhindert wird, dass Öl in die Brennkammer selbst wandert. Es ist des Weiteren wünschenswert, die Anzahl oberer Ringe in einem Motor zu verringern, während verhindert wird, dass Gas aus der Brennkammer und in die Ölwanne austritt. Eine solche Verbesserung wird in der US- Patentschrift Nr. 7,735,834 , die hierin durch Bezugnahme umfasst wird, gezeigt und beschrieben. Dort ist eine unbewegliche Öl-/Gasdichtungsbaugruppe in der Zylinderwand direkt unterhalb der Auslass-/Einlassöffnung installiert, um sowohl eine Gas- wie auch eine Öldichtigkeit sicherzustellen. Die Dichtungsbaugruppe befindet sich in konstantem Kontakt mit der Kolbenseitenwand während der Bewegung des Kolbens im Zylinder und verwendet eine Druckfeder, um den Dichtungsdruck des Rings gegen die Kolbenseitenwand aufrecht zu erhalten.
Eine weitere feststehende Ringdichtung aus dem Stand der Technik wird in 1 gezeigt, in der ein einstückiger Ring 120 in einer Ringaufnahmenut 102 in einer Zylinderbuchsenwand 101 installiert gezeigt wird. Ein sich hin und her bewegender Kolben 110 wird gezeigt, der eine Seitewandfläche 111 aufweist, die zur Hin- und Herbewegung entlang einer in der Zeichnung horizontalen Achse montiert ist.
Für Referenzzwecke ist bei 1 (wie auch in allen Figuren) der Abschnitt links des Ölabstreifrings 120 der ”untere” Abschnitt, und der Abschnitt rechts des Ölabstreiferrings 120 ist der ”obere” Abschnitt. Diese Begriffe entsprechen Bezugnahmen bei Verbrennungsmotoren, in denen Abschnitte im Zylinder zur Brennkammer hin als obere Abschnitte angesehen werden, und die Abschnitte bezüglich der Brennkammer und zur Ölwanne hin sind untere Abschnitte. Dementsprechend werden Ortsangaben wie ”oberhalb” oder ”unterhalb” als relative Positionsbegriffe innerhalb desselben Richtungskonzepts verstanden.
Ein Schmierölablauf 108 ist in dem Zylinder 101 vorgesehen, um Schmieröl aus dem unteren Abschnitt der Zylinderseitenwand 106 unterhalb der Dichtungsbaugruppe ablaufen zu lassen. Da eine kleine Lücke zwischen der Seitenwandfläche 111 des Kolbens 110 und der Seitenwandfläche 106 der Zylinderbuchse 101 existiert, weist der Abstreifring 120 sich nach innen erstreckende Abstreifklingenflächen 122 und 124 auf, die sich im Kontakt mit der Kolbenseitenwand 111 befinden. Die Abstreifklingenflächen 122 und 124 sind als parallele Ringen mit gleichem Durchmesser ausgebildet. Die Klingenfläche 122 ist die 'obere” Klinge, da sie dem Brennkammerteil des Zylinders am nächsten ist, aus dem Gase G (siehe Pfeil) aus der Brennkammer direkt nach der Verbrennung unter Druck in der Lücke vorliegen. Die kreisförmige obere Klingenfläche 122 ist mit Ausnahme der Ringausdehnungsfuge (nicht gezeigt) durchgehend, um zu verhindern, dass Gase G durch die Lücke und in den unteren Teil des Zylinders wandern. Die kreisförmige Klingenfläche 124 ist unterbrochen und bogenförmig aufgrund von offenen Lücken 125, die es erlauben, dass durch den Abstreifvorgang gesammeltes Öl unterhalb der Dichtung ausgelassen wird. Der Abstreifring 120 weist eine einzelne Nut 126 auf, die an seinem Außenumfang ausgebildet ist, und eine Spannfeder 130 befindet sich in der Nut 126, um durchgehenden Druck auf den Abstreifring 120 bereitzustellen und die Abstreiferflächen 122 und 124 mit der Kolbenseitenwand 111 in Kontakt zu halten.
Technische Problemstellung
Es ist nötig, eine kleine Toleranz zwischen der Breite des Abstreifrings 120 und der Breite der Ringaufnahmenut 102 vorzusehen, um dem Ring eine gewisse Flexibilität bei der Bewegung innerhalb der Nut 102 zu erlauben. Vibration und Wärmeausdehnung ergeben eine Notwendigkeit, dass der Ring 120 in der Lage ist, sich innerhalb der Nut 102 zu bewegen. Ansonsten könnte ein Festlaufen oder eine Riefenbildung zwischen dem Ring und dem sich hin und her bewegenden Kolben auftreten, die einen höheren Motorverschleiß oder vorzeitigen Ausfall ergeben kann. Daher sind kleine Lücken zwischen den Ringseitenwänden 121 und 123 und den jeweiligen Nutseitenwänden 104 und 105 vorgesehen. Bei dieser Anordnung nach dem Stand der Technik wird, wenn der Kolben 110 sich zu seiner TDC-Position hin bewegt (in der Zeichnung von links nach rechts), der Ring 126 innerhalb der Nut 102 nach rechts gezogen, wo seine Seitenwand 121 dicht mit der Nutwand 104 in Kontakt gebracht wird. Jedoch öffnet dies auch eine kleine Lücke zwischen der Seitenwand 123 und der Nutwand 105. Dies sorgt wiederum für einen Freiraum für das Öl, um in die Nut zu wandern, an der Feder 130 vorbei, und sich in dem Nuthohlraum zu sammeln. Wenn der Kolben in Richtung seiner BDC-Position (von rechts nach links) zurückkehrt, wird der Ring 120 leicht nach links bewegt und schafft eine kleine Lücke zwischen der Seitenwand 121 und der Nutwand 104. Wenn dies passiert, können Verbrennungsgase G in die Nut 102 wandern und sich mit dem Öl vermischen, dass bereits in der Nut eingeschlossen ist. Durch diesen hin und her gehenden Ablauf tendieren das Öl und das Gas innerhalb der Nut 102 dazu, in beide Richtungen zu wandern, was eine potentiell schädliche Verschmutzung in beiden Richtungen bewirkt.
Technische Lösung
Die Lösung für das Problem liegt darin, den/die Dichtungsring(e) gegen die Lauffläche des Kolbens oder des Zylinders und die Seiten der Ringaufnahmenut genügend zusammengedrückt zu halten, um das Wandern von Öl und Gas in die Ringaufnahmenut zu reduzieren, während ein Festlaufen des Dichtungsrings oder der Dichtungsringe gegen die Lauffläche verhindert wird.
Vorteilhafte Effekte
Das Ergebnis ist eine Verringerung der Wanderung von Öl und Gas in die Ringaufnahmenut, und somit eine Verringerung der Wanderung von Öl in die Brennkammer und der Wanderung von Gas in das Schmiersystem.
Beschreibung der Figuren
1 ist eine Querschnittsansicht eines Luft-/Gas-/Öldichtungsrings des Standes der Technik.
2 ist eine Querschnittsansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Luft-/Gas-/Öldichtungsrings.
3 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Luft-/Gas-/Öldichtungsrings.
4 ist eine Querschnittsansicht einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Luft-/Gas-/Öldichtungsrings.
5 ist eine Querschnittsansicht einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Luft-/Gas-/Öldichtungsrings.
6 ist eine Querschnittsansicht einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Luft-/Gas-/Öldichtungsrings.
7A–7B sind Querschnittsansichten einer sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Luft-/Gas-/Öldichtungsrings in drei verschiedenen Dichtungsstadien.
8 ist eine Draufsicht des halben Luft-/Gas-/Öldichtungsrings entlang der Sichtlinien 8-8 in der 5.
9 ist eine Draufsicht des halben Luft-/Gas-/Öldichtungsrings, wie er zur Montage in die Seitenwand eines Kolbens ausgeführt ist.
Beste Ausführungsart
Während die offenbarten Ausführungsformen für mehrere Arten von Verbrennungsmotoren anwendbar sind, werden sie hier beispielhaft als in einem Zweitakt-OPOC-Motor installiert dargestellt, wie dem, der in meinen oben angegebenen Patenten gezeigt wird. Als solches werden die Zylinder und Kolben so dargestellt, dass sie eine hin und her gehende Kolbenbewegung entlang einer horizontalen Achse repräsentieren.
2 zeigt eine erste Ausführungsform, die eine Ringbaugruppe 200 verwendet, die sich in der Ringaufnahmenut 102 befindet. Bei dieser Ausführungsform enthält ein Abstreifring 220 eine durchgehende ringförmige obere Abstreifklinge 222 und eine unterbrochene ringförmige untere Abstreifklinge 224. Ein ringförmiges Druckfederelement 230 sitzt in einer Ringnut 226 auf der Außenseite des Abstreifrings 220, um für eine Abstreifringdruckbeaufschlagung der oberen und unteren Abstreifklinge gegen die Lauffläche 111 des Kolbens 110 zu sorgen. Ein elastomerer O-Ring 228, der in einer in der unteren Seitenwand 223 des Abstreifrings 220 ausgebildeten Ringnut 227 vorgesehen ist, sorgt für eine zusätzliche Dichtung gegen die Nutseitenwand 105, die das Wandern von Schmieröl aus dem unteren Abschnitt unterhalb des Abstreifrings 220 reduziert, das ansonsten während der Kolbenbewegung in Richtung seiner TDC-Position in die Ringaufnahmenut 102 laufen würde. Da der O-Ring 228 aus einem elastomeren Material gebildet ist, behält der Abstreifring 220 noch immer die Flexibilität bei, sich innerhalb des durch die Aufnahmenut 102 gebildeten Hohlraums zu bewegen. Jedoch verhindert der O-Ring, dass sich eine Lücke zwischen der Seitenwand 221 an der oberen Seite des Abstreifrings 220 und der Nutseitenwand 104 während des Motorbetriebs öffnet, wenn der Kolben sich auf seine BDC-Position zu bewegt. Daher werden sowohl Schmieröl von unterhalb des Abstreifrings 220 wie auch Verbrennungsgase von oberhalb des Abstreifrings 220 in bedeutendem Maße dabei eingeschränkt, in die Aufnahmenut 102 zu dringen. Der vorherige Wanderlaufweg um den Abstreifring 220, wie er zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, ist zu jeder Zeit durch die Wirkungen des O-Rings 228 blockiert. Diese Wirkung besteht darin, sowohl potentielle Lücken entlang der Seitenwände 108 und 104 der Aufnahmenut 102 zu schließen, als auch das Wandern von Schmieröl und Verbrennungsgasen oberhalb und unterhalb der Ringbaugruppe 200 wesentlich zu verringern.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform, die eine Ringbaugruppe 300 verwendet, die sich in der Ringaufnahmenut 102 befindet. Bei dieser Ausführungsform enthält ein Abstreifring 320 eine durchgehende ringförmige obere Abstreifklinge 322 und eine unterbrochene ringförmige untere Abstreifklinge 324. Ein ringförmiges Druckfederelement 330 sitzt in einer Ringnut 326 auf der Außenseite des Abstreifrings 320, um für eine Abstreifringdruckbeaufschlagung der oberen und unteren Abstreifklinge gegen die Lauffläche 111 des Kolbens 110 zu sorgen. Ein elastomerer O-Ring 328, der in einer in der oberen Seitenwand 321 des Abstreifrings 320 ausgebildeten Ringnut 327 vorgesehen ist, sorgt für eine zusätzliche Dichtung gegen die Nutseitenwand 104, die das Wandern von Verbrennungsgasen aus dem oberen Abschnitt oberhalb des Abstreifrings 320 reduziert, die ansonsten während der Kolbenbewegung in Richtung in seiner BDC-Position in die Ringaufnahmenut 102 laufen würden. Da der O-Ring 328 aus einem elastomeren Material gebildet ist, behält der Abstreifring 320 noch immer die Flexibilität bei, sich innerhalb des durch die Aufnahmenut 102 gebildeten Hohlraums zu bewegen. Jedoch verhindert der O-Ring, dass sich eine Lücke zwischen der Seitenwand 323 an der unteren Seite des Abstreifrings 320 und der Nutseitenwand 105 während des Motorbetriebs öffnet, wenn der Kolben sich auf seine TDC-Position zu bewegt. Daher werden sowohl Schmieröl von unterhalb des Abstreifrings 320 wie auch Verbrennungsgase von oberhalb des Abstreifrings 320 in bedeutendem Maße dabei eingeschränkt, in die Aufnahmenut 102 zu dringen. Der vorherige Wanderlaufweg um den Abstreifring 320, wie er zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, ist zu jeder Zeit durch die Wirkungen des O-Rings 328 blockiert. Diese Wirkung besteht darin, sowohl potentielle Lücken entlang der Seitenwände 108 und 104 der Aufnahmenut 102 zu schließen, als auch das Wandern von Schmieröl und Verbrennungsgasen oberhalb und unterhalb der Ringbaugruppe 300 wesentlich zu verringern.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform, die eine Ringbaugruppe 400 verwendet, die sich in der Ringaufnahmenut 102 befindet. Bei dieser Ausführungsform enthält ein Abstreifring 420 eine durchgehende ringförmige obere Abstreifklinge 422 und eine unterbrochene ringförmige untere Abstreifklinge 424. Eine äußere Ringnut 426 ist auf dem Außenumfang des Rings 420 gebildet, und eine torusförmige, hohle Ringfeder 430 eines elastomeren Typs befindet sich in der Nut 426, um die Druckkräfte bereitzustellen, um die Abstreiferklingen mit der Lauffläche 111 in Kontakt zu halten. Die elastomere Ringfeder 430 weist eine glatte und flexible Außenfläche auf, die sowohl mit der Ringnut 426 des Abstreifrings 420 als auch der Rückwand 103 der Ringaufnahmenut 102 in Kontakt steht. Die Oberfläche der elastomeren, hohlen Ringfeder 430 schafft eine Dichtung mit der Nutfläche 426 und mit der Rückwand 103 der Ringaufnahmenut 102, wenn sie selbst zwischen der Nutfläche 426 und der Rückwand 103 zusammengedrückt wird. Obwohl eine Lücke zwischen der unteren Seitenfläche 423 und der unteren Nutwand 105 geschaffen wird, wenn der Kolben sich auf seine TDC-Position zu bewegt, und kleine Mengen Schmieröl in die Lücke eindringen können, wird auf diese Weise im Wesentlichen keine Wanderung von Öl oder Gas am Elastomerring 430 vorbei erlaubt. Obwohl eine Lücke zwischen der oberen Seitenfläche 421 und der oberen Nutwand 104 geschaffen wird, wenn der Kolben sich auf seine BDC-Position zu bewegt, und eine kleine Menge Verbrennungsgase in die Lücke eindringen kann, wird auf ähnliche Weise nahezu keine Wanderung solcher Gase am Elastomerring 430 vorbei erlaubt.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform, die eine Ringbaugruppe 500 verwendet, die sich in der Ringaufnahmenut 102 befindet. Während diese der in 4 gezeigten dritten Ausführungsform ähnlich zu sein scheint, weist sie zusätzliche Merkmale auf, die für eine verbesserte Dichtung sorgen. Bei dieser Ausführungsform gibt es zwei Abstreifringe – einen oberen Ring 520 und einen unteren Ring 540. Der obere Ring 520 enthält eine durchgehende ringförmige obere Abstreifklinge 522 und der untere Ring 540 enthält eine unterbrochene ringförmige untere Abstreifklinge 524. Der obere Ring 520 weist eine untere Seitenwand 523 auf, die einer entsprechenden oberen Seitenwand 541 des unteren Rings 540 gegenüber sitzt. Die Außenfläche des Rings 520 weist eine gekrümmte, ringförmige Oberfläche 526 auf, und die Außenfläche des Rings 540 weist eine gekrümmte, ringförmige Oberfläche 546. Eine torusförmige, hohle Ringfeder 530 eines elastomeren Typs sitzt zwischen den Oberfläche 526 und 540 und sorgt für radial nach innen gerichtete Druckkräfte, um die Abstreifkanten 522 und 544 gegen die äußere Seitenwand-Lauffläche 111 des Kolbens 110 zu drängen. Wenn sie in der Aufnahmenut 102 installiert ist, übt die hohle Ringfeder 530 auch einen nach außen gerichteten Druck aus, der Vektoren aufweist, die die obere Seitenwand 521 des oberen Rings 520 kompressiv gegen die obere Nutwand 104 drängen, und um die untere Seitenwand 543 des unteren Rings 540 kompressiv gegen die untere Nutwand 105 zu drängen. Wie bei der dritten Ausführungsform wird die elastomere, hohle Ringfeder 530 dieser vierten Ausführungsform gegen die Rückwand 103 der Zylindernut 102 zusammengedrückt. Bei dieser vierten Ausführungsform werden fünf Dichtungen innerhalb der Zylindernut 102 geschaffen, um das Wandern von Öl oder Gas an der Ringbaugruppe vorbei im Wesentlichen zu verhindern. Lücken werden zwischen den Ringen und angrenzenden Nutseitenwänden durch die von dem elastomeren Hohlring 530 (2 Dichtungen) bereitgestellten Kräfte minimiert. Der elastomere Hohlring 530 stellt einen Dichtkontakt mit drei Oberflächen 103, 526 und 546 her (3 Dichtungen).
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform, die eine Ringbaugruppe 600 verwendet, die sich in der Ringaufnahmenut 102 befindet. Ähnlich zur vierten Ausführungsform, die zwei Abstreifringe 620 und 640 verwendet, aber unterschiedlich in Bezug auf die Größe und Dicke der torusförmigen, hohlen Ringfeder 630. Auch sind die geneigten Oberflächen 626 und 646 so orientiert, dass sie einen Sitz für die Feder 630 bereitstellen. Wie bei der vierten Ausführungsform werden fünf Dichtungen innerhalb der Zylindernut 102 geschaffen, um das Wandern von Öl oder Gas an der Ringbaugruppe vorbei zu verhindern.
Die 7A, 7B und 7C zeigen eine sechste Ausführungsform in verschiedenen Stadien, die eine Ringbaugruppe 700 verwendet, die sich in der Ringaufnahmenut 102 befindet. In 7A wird der Kolben 110 dargestellt, wie er sich auf seine TDC-Position zu nach rechts bewegt und daher Zugkräfte gegen die Ringdichtungsbaugruppe 700 in der Ringaufnahmenut 102 einleitet. In 7B wird die Dichtungsbaugruppe 700 in einer Übergangsposition in der Ringaufnahmenut 102 zwischen deren zwei extremen Lagen gezeigt. In 7C wird der Kolben 110 dargestellt, wie er sich auf seine BDC-Position zu nach links bewegt und daher Zugkräfte gegen die Ringdichtungsbaugruppe 700 in der Ringaufnahmenut 102 einleitet.
Die sechste Ausführungsform umfasst drei Ringe, die sich in der Ringaufnahmenut 102 befinden. Ein oberer Abstreifring 720 wird durch sein eigenes Spannfederelement 731 gegen den Kolben 110 zusammengedrückt gehalten. Ein unterer Abstreifring 740 wird durch sein eigenes Spannfederelement 730 zusammengedrückt gehalten. Ein dritter mittlerer Ring 750 befindet sich zwischen dem oberen und dem unteren Ring und ist so ausgebildet, dass er nach außen federbelastet ist, um sich somit selbst gegen die Rückwand 103 der Nut 102 zu halten. Die Wirkung des Gleitens des Kolbens 110 in Bezug auf die Ringbaugruppe 700 ist es, die Ringbaugruppe gegen eine Seitenwand der Nut 102 zu drängen, und zusammen stellen die drei Ringe 720, 740 und 750 eine Mehrzahl von zusammengedrückten Oberflächen bereit, die für eine verbesserte Dichtung gegen das Wandern von Öl und/oder Gasen sorgen.
In 7A wird die Baugruppe 700 aus drei Ringen zur oberen Seitenwand 104 der Ringaufnahmenut 102 gedrängt, während sich der Kolben 110 auf seine TDC-Position zu bewegt. Die Kraft ist bedingt durch die Reibung zwischen den Abstreifklingen 722 und 744 und der Lauffläche 111, während sie Öl von der Mantelseitenfläche des Kolbens 110 entfernen. Die obere Seitenwand 721 des oberen Rings 720 liegt gegen die obere Nutseitenwand 104 an. Zu jeder Zeit befindet sich die Außenfläche 152 des Rings 150 in Kompressionskontakt mit der Rückwand 103 und gleitet als Reaktion auf die wechselnden Bewegungsrichtungen des Kolbens 110 entlang dieser Oberfläche. Die Bewegung der Ringbaugruppe 700 auf die obere Nutseitenwand 104 zu schafft eine leichte Lücke zwischen der unteren Seitenwand 743 des unteren Rings 740 und der unteren Nutseitenwand 105. Jedoch wird nicht zugelassen, dass irgendein Wanderlaufweg am Ring 740 vorbei auftritt. Die obere Seitenwand 741 des Rings 740 wird gegen die untere Seitenwand 756 des mittleren Rings 750 zusammengedrückt gehalten, und die obere Seitenwand 754 des mittleren Rings 750 wird gegen die untere Seitenwand 723 des oberen Rings 720 zusammengedrückt gehalten. Im Ergebnis sind alle drei potentiellen Durchlässe für Schmieröl und Verbrennungsgase zwischen dem oberen Ring 720 und dem unteren Ring 740 durchgehend zwangsblockiert.
7B verdeutlicht, wie die Dichtungsbaugruppe 700 ihre dicht zusammengedrückte Anordnung innerhalb der Aufnahmenut 102 beibehält, wenn der Kolben 110 seine Richtung nach Erreichen entweder seiner TDC- oder BDC-Position ändert. Der mittlere Ring 750 übt weiterhin Druck gegen die Rückwand 103 der Aufnahmenut 102 aus, und der obere und untere Ring 720 und 740 werden durch die Bewegung der Lauffläche 111 zusammengedrückt gegen den mittleren Ring 750 gehalten.
In 7C wird die Baugruppe 700 aus drei Ringen zur unteren Seitenwand 105 der Ringaufnahmenut 102 gedrängt, während sich der Kolben 110 auf seine BDC-Position zu bewegt. Die Kraft ist bedingt durch die Reibung zwischen den Abstreifklingen 722 und 744 und der Lauffläche 111, während die Abstreifklingen entlang der Mantelseitenfläche des Kolbens 110 gezogen werden, während sie verhindern, dass Verbrennungsgase entlang der Mantelseitenfläche des Kolbens 110 wandern. Die untere Seitenwand 743 des unteren Rings 740 liegt gegen die untere Wand 105 der Aufnahmenut 102 an. Zu jeder Zeit befindet sich die Außenfläche 752 des Rings 750 in Kompressionskontakt mit der Rückwand 103 und gleitet als Reaktion auf die wechselnden Bewegungsrichtungen der Lauffläche 111 auf dem Kolben 110 entlang dieser Oberfläche. Natürlich hinterlässt diese Bewegung der Ringbaugruppe 700 zur Anlage an die untere Seitenwand 105 eine leichte Lücke zwischen der oberen Seitenwand 721 des oberen Rings 720 und der oberen Seitenwand 104 der Aufnahmenut 102. Jedoch wird im Wesentlichen nicht zugelassen, dass irgendein Wanderlaufweg am Ring 720 vorbei auftritt. Die obere Seitenwand 741 des Rings 740 wird gegen die untere Seitenwand 756 des mittleren Rings 750 zusammengedrückt gehalten, und die untere Seitenwand 723 des oberen Rings 720 wird gegen die obere Seitenwand 54 des oberen Rings 750 zusammengedrückt gehalten. Alle drei potentiellen Durchlässe zwischen dem oberen Ring 720 und dem unteren Ring 740 sind durch diese Ausführungsform durchgehend zwangsblockiert.
8 ist vorgesehen, um eine halbe Draufsicht des unteren Abstreifrings 540 aus 5 entlang der Linien 8-8 gesehen zu verdeutlichen. Die kreisförmige Nut 546 (gezeigt mit versteckten Linien) ist in der Außenfläche des Rings 540 ausgebildet. Es werden Lücken 525 zwischen Abstreifklingen 544 gezeigt, mit der durchgehenden Abstreifklinge 522 des oberen Rings 520 im Hintergrund.
9 verdeutlicht die zu den oben beschriebenen feststehenden Ausführungsformen alternative und umgekehrte Konfiguration. Hier wird ein beweglicher unterer Dichtungsring 840 einer Dichtungsbaugruppe gezeigt, der auf einem sich hin und her bewegenden Kolben 110 montiert werden kann. Bei dieser Konfiguration ist die kreisförmige Nut 846 (gezeigt mit versteckten Linien) in der Innenfläche des Rings 840 ausgebildet. Es werden Lücken 825 zwischen Abstreifklingen 844 gezeigt, mit den Abstreifklinge 822 eines oberen Rings im Hintergrund. Dieselben Prinzipien, wie sie oben in Bezug auf die feststehende Dichtungsbaugruppe erörtert wurden, können ebenso mit einer auf einem Kolben 110 montierten beweglichen Dichtungsbaugruppe angewandt werden.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie durch die Zeichnungen und die dazu gehörige Erklärung zu sehen ist, ist die vorliegende Erfindung eine einmalige Verbesserung gegenüber herkömmlichen Ringdichtungsbaugruppen zur Motorschmierung. Und während die hier gezeigten Ausführungsformen bevorzugt sind, sollen sie nicht als eine Einschränkung des Erfindungsbereichs angesehen werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Ausführungsformen sind zur Anwendbarkeit in Industrien geeignet, die mit der Herstellung, Modifikation und Reparatur von Verbrennungsmotoren befasst sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6170443 [0003]
US 7735834 [0005]

Claims

Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor, umfassend: einen Zylinder zum Halten eines sich hin und her bewegenden Kolbens innerhalb eines definierten Hin- und Herbewegungsweges entlang einer gemeinsamen Achse, wobei eine kleine Lücke zwischen der zylindrischen Oberfläche des Zylinders und der zylindrischen Seitenwandoberfläche des Kolbens existiert; zumindest einen Abstreifring, der eine erste und zweite planare Seitenfläche und bogenförmige Klingen aufweist, die sich zwischen dem Kolben und dem Zylinder befinden, und der so positioniert ist, dass die bogenförmigen Klingen sich in die Lücke erstrecken, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Schmieröl unterhalb des zumindest einen Abstreifrings in die Lücke zwischen dem Zylinder und der Seitenwand des Kolbens eindringt und in die Brennkammer oberhalb des zumindest einen Abstreifrings eindringt, und um im Wesentlichen zu verhindern, dass Verbrennungsgase oberhalb des zumindest einen Abstreifrings in die Lücke zwischen der Zylinderoberfläche und der Seitenwand des Kolbens eindringen und sich mit dem unterhalb des zumindest einen Abstreifrings vorhandenen Schmieröl vermischen; wobei der zumindest eine Abstreifring mit einer in einer der zylindrischen Oberflächen mit einer oberen und unteren Seitenwand und einer Rückwand gebildeten Ringaufnahmenut montiert ist, und der zumindest eine Abstreifring in radiale Richtungen zusammengedrückt wird, um seine Klingen in Kontakt mit der anderen der zylindrischen Oberflächen zu drängen; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elastisches Element vorgesehen ist, um das Wandern von Schmieröl oder Verbrennungsgasen um den zumindest einen Abstreifring herum zu verhindern.
Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Ringaufnahmenut in dem Zylinder gebildet ist, und die Baugruppe ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass das elastische Element vorgesehen wird, um zu bewirken, dass zumindest eine der Seitenflächen des zumindest einen Abstreifrings gegen zumindest eine Seitenwand der Nut zusammengedrückt wird, um das Wandern von Schmieröl oder Verbrennungsgasen um den zumindest einen Abstreifring herum zu verhindern.
Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Baugruppe ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Abschnitt einer ersten planaren Seitenwand zumindest eines Abstreifrings innerhalb der Ringaufnahmenut eine ringförmige Nut enthält und das elastische Element ein O-Ring ist, der in die ringförmige Nut passt, um konstant den Raum zwischen der Seitenwand des zumindest einen Abstreifrings und einer ersten gegenüberliegenden Seitenwand der Ringaufnahmenut zu belegen, während er die zweite planare Seitenwand des zumindest einen Abstreifrings gegen eine zweite gegenüberliegenden Seitenwand der Ringaufnahmenut drängt.
Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Ringaufnahmenut in dem Zylinder ausgebildet ist und der zumindest eine Abstreifring ein einziger Ring ist, der obere und untere Klingen zum Entfernen von Schmieröl von der Kolbenwandoberfläche während der Kolbenbewegung auf dessen TDC-Position zu aufweist und um zu verhindern, dass Gase durch die kleine Lücke während der Kolbenbewegung auf dessen BDC-Position zu wandern; und die Baugruppe ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element den Abstreifring umgibt, um die Abstreifklingen gegen die Kolbenwandoberfläche zu halten, und das elastische Element weist eine glatte und flexible Außenfläche auf, die sowohl die Außenfläche des Abstreifrings wie auch zumindest eine Wand der Ringaufnahmenut kontaktiert, um abzudichten und das Wandern von Schmieröl oder Verbrennungsgasen um den Abstreifring herum zu verhindern.
Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Ringaufnahmenut in dem Zylinder ausgebildet ist, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe einen oberen Abstreifring und einen unteren Abstreifring innerhalb der Ringaufnahmenut umfasst, wobei jeder Abstreifring obere und untere planare Seitenflächen und bogenförmige Klingen aufweist, die platziert sind, um zu verhindern, dass Schmieröl unterhalb der Abstreifringe in die Lücke zwischen dem Zylinder und der Seitenwand des Kolbens oberhalb des oberen Abstreifrings eindringt, und um zu verhindern, dass Verbrennungsgase oberhalb der Abstreifringe in die Lücke zwischen dem Zylinder und der Seitenwand des Kolbens unterhalb des unteren Abstreifrings eindringen, und jeder Abstreifring weist eine Außenfläche auf, die mit dem elastischen Element in Eingriff ist, um die obere Oberfläche des oberen Abstreifrings gegen die obere Seitenwand der Ringaufnahmenut zu drängen, und um die untere Oberfläche des unteren Abstreifrings gegen die untere Seitenwand der Ringaufnahmenut zu drängen, um das Wandern von Schmieröl oder Verbrennungsgasen um den zumindest einen Abstreifring zu verhindern.
Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe nach Anspruch 5, wobei die Baugruppe ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass das elastische Element den Abstreifring umgibt, und das elastische Element weist eine glatte und flexible Außenfläche auf, die sowohl die Außenflächen des oberen und unteren Abstreifrings wie auch zumindest eine Wand der Ringaufnahmenut kontaktiert, um abzudichten und das Wandern von Schmieröl oder Verbrennungsgasen um den Abstreifring herum zu verhindern.
Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe nach Anspruch 6, wobei die Baugruppe ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass das elastische Element die Rückwand der Ringaufnahmenut kontaktiert, um abzudichten und das Wandern von Schmieröl oder Verbrennungsgasen um den Abstreifring herum zu verhindern.
Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Ringaufnahmenut in dem Zylinder ausgebildet ist, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe einen oberen Abstreifring und einen unteren Abstreifring innerhalb der Ringaufnahmenut, getrennt durch einen mittleren Ring, umfasst, wobei jeder Abstreifring mit seinem eigenen elastischen Element in Eingriff steht und obere und untere planare Seitenflächen und bogenförmige Klingen aufweist, die platziert sind, um mit der Seitenwand des Kolbens in Kontakt zu stehen und im Wesentlichen zu verhindern, dass Schmieröl unterhalb der Abstreifringe in die Lücke zwischen dem Zylinder und der Seitenwand des Kolbens oberhalb des oberen Abstreifrings eindringt, und im Wesentlichen um zu verhindern, dass Verbrennungsgase oberhalb der Abstreifringe in die Lücke zwischen dem Zylinder und der Seitenwand des Kolbens unterhalb des unteren Abstreifrings eindringen; wobei der mittlere Ring eine Außenfläche aufweist, die sich der Rückwand der Ringaufnahmenut anpasst, damit in Kontakt steht und daran entlang gleitet und vorgespannt ist, um zu verhindern, dass Öl und Gas entlang der Rückwand vorbeilaufen; wobei der mittlere Ring eine obere planare Seitenfläche für den Kontakteingriff mit der unteren Oberfläche des oberen Abstreifrings aufweist; wobei der mittlere Ring eine untere planare Seitenfläche für den Kontakteingriff mit der oberen Oberfläche des unteren Abstreifrings aufweist, um das Wandern von Schmieröl oder Verbrennungsgasen um die Ringe zu verhindern.
Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, und die Baugruppe ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element vorgesehen wird, um zu bewirken, dass zumindest eine der Seitenflächen des zumindest einen Abstreifrings gegen zumindest eine Seitenwand der Ringaufnahmenut zusammengedrückt wird, und das elastische Element kontaktiert eine Wand der Ringaufnahmenut und bildet damit eine zusätzliche Dichtung, um das Wandern von Schmieröl oder Verbrennungsgasen um den zumindest einen Abstreifring herum zu verhindern.
Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Ringaufnahmenut in dem Kolben gebildet ist.
Eine Öl- und Gasdichtungsbaugruppe nach Anspruch 10, und die Baugruppe ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element vorgesehen wird, um zu bewirken, dass zumindest eine der Seitenflächen des zumindest einen Abstreifrings gegen zumindest eine Seitenwand der Ringaufnahmenut zusammengedrückt wird, um das Wandern von Schmieröl oder Verbrennungsgasen um den zumindest einen Abstreifring herum zu verhindern.