DE1264906B - Kolbenringlose Abdichtung des Kompressionsraumes von Hubkolbenmaschinen fuer gasfoermige Medien - Google Patents

Kolbenringlose Abdichtung des Kompressionsraumes von Hubkolbenmaschinen fuer gasfoermige Medien

Info

Publication number
DE1264906B
DE1264906B DESCH29147A DESC029147A DE1264906B DE 1264906 B DE1264906 B DE 1264906B DE SCH29147 A DESCH29147 A DE SCH29147A DE SC029147 A DESC029147 A DE SC029147A DE 1264906 B DE1264906 B DE 1264906B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piston
cylinder
space
compression
compression chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DESCH29147A
Other languages
English (en)
Other versions
DE1835981U (de
Inventor
Heinrich Scheibengraf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HEINRICH SCHEIBENGRAF
Original Assignee
HEINRICH SCHEIBENGRAF
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HEINRICH SCHEIBENGRAF filed Critical HEINRICH SCHEIBENGRAF
Publication of DE1264906B publication Critical patent/DE1264906B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Compressor (AREA)

Description

  • Kolbenringlose Abdichtung des. Kompressionsraumes von Hubkolbenmaschinen für gasförmige Medien Die Erfindung bezieht sich auf eine kolbenringlose Abdichtung des Kompressionsraumes von Hubkolbenmaschinen für gasförmige Medien, insbesondere Brennkraftmaschinen und Verdichter.
  • Bei den bekannten Kolbenmaschinen erfolgt die Abdichtung des Kolbens im Zylinder durch Kolbenringe, die- jedoch mechanische Verluste durch Reibungsarbeit verursachen. Insbesondere bei hohen Kolbengeschwindigkeiten und höheren Kompressionsdrücken können diese Verluste große Werte erlangen. Die größere Masse des Kolbenbodens, die wegen der Nut zur Aufnahme der Kolbenringe vorhanden sein muß, verursacht Wärmestauungen, die mitunter zu einem Festbrennen der Kolbenringe in ihrer Nut führen, wodurch die Dichtwirkung der- Kolbenringe vermindert und die Zylinderwand beschädigt werden kann.
  • Es sind Kolbenmaschinen bekannt, bei denen ein stufenartig abgesetzter Kolben in einem entsprechend diesem Kolbenman=tel stufenartig abgesetzten Zylinder gleitet. Zur Dichtung des Kolbens ist in dem Raum zwischen der Zylinderstufe und der Kolbenstufe ein Dichtungsring aus einem elastischen Material eingesetzt. Bei einer anderen Kolbenmaschine mit einem Stufenkolben sind durch die Kolbenstufen und die Zylinderstufen mehrere Förderräume gebildet, wobei die einzelnen Kolbenstufen -zur Dichtung in den entsprechenden Zylinderstufen je mit 'Kolbenringen versehen sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung und die damit verbundenen Nachteile von Kolbenringen zu vermeiden. Das angestrebte Ziel, die Abdichtung des Arbeitsraumes; soll, durch einen Druckraum erreicht werden, - dessen Medium dem Abfließen des Arbeitsmediums aus dem Arbeitskompressionsraum -entgegenwirkt. Hierzu ist im Arbeitszylinder unabhängig vom Arbeitskompressionsrauen über der Kolbenstirnfläche an der Zylinderwand unter der Gleitfläche des Kolbenmantels ein Ringraum vorhanden, in dem etwa der gleiche oder ein höherer Druck als im Arbeitskompressionsraum herrscht.
  • Demzufolge wird die vorstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Hubkolben als Stufenkolben mit einem dem Arbeitsraum zugewandten Teil kleineren Durchmessers ausgebildet ist, während der Zylinder in umgekehrter Weise derart ausgebildet ist, daß die an Kolben und Zylinder entstandenen Schultern in der oberen Totpunktlage des Kolbens zur Bildung eines-gegenüber dem Arbeitsraum sehr kleinen ringförmigen Kompressionsraumes voneinander einen Abstand haben; der. kleiner ist als der Abstand zwischen .Kolben und Zylinderdeckel, und daß der Zylinder eine Bohrung aufweist, durch die ein Schmiermittel-Luft-Gemisch. als Sperrmedium zugeführt wird.
  • Durch diese Anordnung entsteht zwischen der Zylinderstufe und der Kolbenstufe ein Ringraum, dessen Abmessung in Achsrichtung des Zylinders sich mit der Kolbenbewegung ändert. Zur Erzielung eines höheren Kompressionsdruckes in diesem Ringrauen ist der Abstand der Schulter der Kolbenstufe von der Schulter der Zylinderstufe im oberen Totpunkt des Kolbens kleiner als der Abstand zwischen der Kolbenstirnfläche und .dem Zylinderdeckel. Um aber den Arbeitsaufwand zur Erzielung des höheren Druckes.in diesem Ringraum gering zu halten, ist das radiale Maß dieses Ringraumes besonders klein.
  • Beim Kompressionshub des Kolbens wird bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Zylinderwand und des Kolbenmantels nicht nur das Medium im Arbeitsraum zwischen Zylinderdeckel und Kolbenboden,-sondern auch das. in dem Raum zwischen der Zylinderstufe und der Kolbenstufe befindliche Medium komprimiert. Wird der axiale Abstand zwischen Zylinderstufe-Kolbenmantelstüfe geringer gewählt als der Abstand zwischen Kolben und Zylinderdeckel, so ist der erzielbare Kompressionsdruck im Ringraum infolge des höheren Verdichtungsverhältnisses größer als im Arbeitsraum. Das Medium im Ringraum drückt somit entlang der Kolbengleitfläche entgegen den vom Arbeitskompressionsraum wirkenden Druck, so daß "das Medium aus dem Arbeitsraum nicht entlang des Spalts zwischen Zylinderwand und Kolbenmantel entweichen kann. Da die Ringfläche des Dichtungsraumes sehr gering ist, ist der notwendige Arbeitsaufwand zur Erzielung der erforderlichen Kompression in diesem Raum gering.
  • Wird während des Ansaughubes in dem Ringraum zwischen den Absätzen ein Luft-Schmiermittel-Gemisch angesaugt und ist der Kompressionsdruck in diesem Raum größer als im Arbeitsraum, dann wird nicht nur der Abfluß des Mediums aus dem Arbeitsraum verhindert, sondern der zusätzliche Vorteil erreicht, daß das Schmiermittelgemisch mit dem Druck der Kompression im Ringraum zwischen die Laufflächen des Kolbens dringt und eine sehr gute Schmierung an der Kolbengleitfläche erzielt. Durch das Weglassen der Kolbenringe bei Zylinder-Kolben-Anordnungen für gasförmige Medien entfallen sämtliche Nachteile, die durch die Anordnung von Kolbenringen bedingt sind. Der Kolben wird gewichtsmäßig leichter und ergibt eine größere Laufruhe, auch werden die nachteiligen Pendelbewegungen vermieden.
  • Ein Nachteil dieser Ausführung, der darin gesehen werden kann, daß der Zylinder und der Kolben axial länger sein müssen, wird durch die gute axiale Führung des Kolbens sowie dem. erzielbaren Leistungsgewinn aufgewogen.
  • Der Gegenstand der Erfindung wird an Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, erläutert.
  • F i g. 1 zeigt einen Zylinder eines Viertaktmotors gemäß der Erfindung im Schnitt, F i g. 2 einen Schnitt durch den Zylinder eines Zweitaktmotors, F i g. 3 einen Teil eines Zylinders mit einem einfach wirkenden Ansaugeventil im Kanal zum Ringraum im Schnitt und F i g. 4 einen Schnitt durch einen Zylinder mit einem gesteuerten Saugventil im Kanal zum Ringraum.
  • Im Zylinder 1 ist eine Zylinderbüchse 2 eingesetzt, deren Innenwand einen Absatz aufweist. In diese Zylinderbüchse ist ein Kolben, der ebenfalls eine Stufe aufweist, derart eingesetzt, daß der Kolbenteil mit dem geringeren Durchmesser ausschließlich in dem Zylinderteil des geringeren Durchmessers und der Kolbenteil mit dem größeren Durchmesser in dem Zylinderteil größeren Durchmessers axial verschiebbar ist. Über dem Kolben befindet sich der Arbeitskompressionsraum 4 und zwischen der Zylinderschulter 14 und der Kolbenschulter 15 ein weiterer Kompressionsraum 5. In diesem zusätzlichen Kompressionsraum mündet eine durch die Zylinderbüchse 2 und den Zylinder 1 gehende Bohrung 6, die mit einem einfach wirkenden Regelorgan, z. B. einem abnehmbaren Reglerkörper 7 (F i g. 3), dessen Ansaugekanal 10 eine Düseneinstellschraube 8 und Sicherungsmutter 9 aufweist, versehen ist. Diese beispielsweise angeführte einfache Regeleinrichtung, die zur Regelung des Einlasses des Luft-Schmiermittel-Gemisches allein während des Ansaughubes dient, genügt für die Aufrechterhaltung des Kompressionsdruckes im Ringraum zwischen Zylinder- und Kolbenstufe bei Kompressoren, Pumpen und Zweitaktmotoren.
  • Bei Viertakt-Brennkraftmaschinen hingegen ist während des dritten Taktes; das ist während des Expansionshubes, eine zumindest teilweise Aufrechterhaltung des Kompressionsdruckes im Raum 5 erwünscht. Die Regelung der Zufuhr des Schmiermittel.-Luft-Gemisches in diesem Raum erfolgt zweckmäßig durch eine von der Nockenwelle 13 (F i g. 4) abgeleitete Ventilsteuerung, wobei die öffnungs- und Schließbewegungen des Ventils 11 im Ventil- bzw. Reglergehäuse 12 gering sind. Die Umdrehung' der Nockenwelle 13 erfolgt in Übereinstimmung mit der Kurbelwelle.
  • Die Arbeitsweise des Kolbens im Zylinder ist folgende: Mit dem Ansaugen des Gasgemisches im Hauptverdichtungsraum 4 wird gleichzeitig im Ringraum 5 zwischen Zylinder- und Kolbenstufe vorerst aus dem Kurbelgehäuse und anschließend nach öffnen des Ventils 11 ein Luft-Schmiermittel-Gemisch durch die Bohrung 6 eingesaugt. Während des folgenden Arbeitstaktes, des Kompressionshubes, wird im Hauptverdichtungsraum wie auch im Ringraum das eingeschlossene Gemisch verdichtet. Hierbei ist der Druck des Gemisches im Ringraum. jeweils höher als im Arbeitsverdichtungsraum, so daß das im Hauptverdichtungsraum komprimierte Medium nicht durch den Spalt zwischen Kolben und Zylinder entweichen kann. Bei der Kolbenaufwärtsbewegung wandert, durch den höheren Druck im Ringraum begünstigt, mit dem Kolbenmantel eine Schmiermittelschicht mit.
  • Während des Explosionshubes ist bei einer Steuerung gemäß F i g. 3 jeweils der Druck im Ringraum hinreichend hoch, um ein Abströmen des Druckmittels aus dem Arbeitsraum zu verhindern.
  • Bei einer Steuerung des Druckverlaufes im ^ Ringraum gemäß der F i g. 4 wird nach der Kurbeldrehung von etwa 20° vom oberen Totpunkt durch Öffnen des Ventils 11 ein Druckabfall erzielt, wodurch eine gute Kühlung des Zylinders und des Kolbens erreicht wird. Nach dem plötzlichen Druckabfall tritt durch die Kolbenbewegung vor Erreichung des unteren Totpunktes ein Ansaugen des öl-Luft-Gemisches durch den Kanal 6 ein.
  • Während des Auspuffhubes wird aus dem Hauptverdichtungsraum das verbrannte Gemisch ausgeschoben und aus dem Raum 5 das Schmiermittel-Luft-Gemisch ausgespült.
  • Ein Entweichen von wesentlichen Teilen des im Raum 5 vorhandenen Mediums während des Kompressionshubes in den Arbeitsraum 4 ist nicht zu befürchten, weil zur Zeit des Auftretens hoher Kompressionswerte im Raum 5 der Arbeitskolben tief in den Zylinder reicht und daher die Länge der an der Zylinderwand liegenden Kolbenfläche hinreichend groß ist, um bei der vorhandenen Druckdifferenz ein Abströmen des Mediums aus diesem Raum zu verhindern. Der Druck im Raum 5 soll nur so hoch sein, um ein Abströmen des Mediums aus dem Arbeitsraum 4 zu verhindern und dem Druck im Arbeitsraum entgegenzuwirken, so daß ein Austausch der Medien zwischen dem Arbeits- und dem Dichtraum 5 nicht stattfindet. Einem solchen Austausch der Medien tritt auch der Umstand entgegen, daß .die Zeit für einen Austausch durch die Kolbenbewegung sehr kurz ist.
  • Um das gewünschte Ziel der Abdichtung des Arbeitsraumes zu erreichen, genügt ein Ringraum sehr geringer Breite, so daß der Leistungsaufwand zur Erzielung des hohen Druckes im Dichtraum gering ist und sogar geringer ist als die Verluste; die durch die Kolbenringe bei äquivalenten Zylinder-Kolben-Anordnungen hervorgerufen werden, so daß gegebenenfalls ein Leistungsgewinn durch das Weglassen der Kolbenringe erreicht werden kann.
  • Bei einem bewährten Ausführungsbeispiel wird während des Ansaughubes mit der Kurbelstellung von 102° vom oberen Totpunkt das Ventil 11 geöffnet und bleibt während des Kompressionshubes bis 35° vom unteren Totpunkt offen. Während des Explosionshubes erfolgt die Öffnung bei einer Kurbelstellung von 20° vom oberen Totpunkt.
  • Der Weite des Spaltes zwischen Kolben und Zylinder kommt bei dieser ringlosen Kolbenabdichtung eine erhöhte Bedeutung zu. Sie soll bei Zylinderweiten über 55 mm zwischen dem verjüngten Teil des Stufenkolbens und der Zylinderwand etwa bei 40 bis 50 Mikron und zwischen dem Bundteil des Kolbens und der Zylinderwand etwa 30 bis 40 Mikron betragen. Bei Zylinderdurchmessern unter 55 mm liegen die entsprechenden Zahlen bei 25 bis 30 Mikron einerseits und bei 16 bis 20 Mikron andererseits, so daß auch bei warmem Motor noch ein sicheres Gleiten des Kolbens im Zylinder gewährleistet ist. Die Wärmehaltung des Motors soll bei etwa 100°C liegen und bei Verwendung von Al-Legierungskolben sehr genau eingehalten werden.
  • Desgleichen werden die Längenmaße von Kolben und Zylinder bei Hochdruckmaschinen (Dieselmaschinen und Verdichtern mit Arbeitsdrücken über 30 atü) größer als normal gehalten werden müssen (etwa 1,1 bis 1,3mal größer), wogegen die Längenmaße von Kolben und Zylinder bei höheren Kolbengeschwindigkeiten vermindert werden können.
  • Das radiale Maß des Zylinderabsatzes bzw. der .Kolbenstufe soll gering gehalten werden, um Leistungsverluste durch die Kompression in diesem Raum möglichst gering zu halten. Als besonderer Vorteil dieser Zylinder-Kolben-Ausbildung konnte die gute axiale Führung im Zylinder erkannt werden, so daß selbst bei langer Betriebsdauer weder der Zylinder noch der Kolben Stellen. der besonderen Abnutzung aufwiesen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Kolbenringlose Abdichtung des Kompressionsraumes von Hubkolbenmaschinen für gasförmige Medien, insbesondere Brennkraftmaschinen und Verdichter, d a @d u r c h g e -kennzeichnet, daß der - Hubkolben als Stufenkolben (3) mit einem dem Arbeitsraum (4) zugewandten Teil kleineren Durchmessers ausgebildet ist, während der Zylinder (2) in umgekehrter Weise derart ausgebildet ist, daß die an Kolben und Zylinder entstandenen Schultern (15,14) in der oberen Totpunktlage des Kolbens zur Bildung eines gegenüber dem Arbeitsraum sehr kleinen ringförmigen Kompressionsraumes (5) voneinander einen Abstand haben, der kleiner ist als der Abstand zwischen Kolben und Zylinderdeckel, und daß der Zylinder eine Bohrung (6) aufweist, durch die ein Schmiermittel-Luft-Gemisch als Sperrmedium zugeführt wird.
  2. 2. Kolbenringlose Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (6) mit einer Steuereinrichtung (7 bis 10, 11 bis 13) für die Zufuhr des Schmiermittel-Luft-Gemisches verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 612 836; schweizerische Patentschrift Nr. 190 791.
DESCH29147A 1960-02-02 1961-02-01 Kolbenringlose Abdichtung des Kompressionsraumes von Hubkolbenmaschinen fuer gasfoermige Medien Pending DE1264906B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT1264906X 1960-02-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1264906B true DE1264906B (de) 1968-03-28

Family

ID=3687930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DESCH29147A Pending DE1264906B (de) 1960-02-02 1961-02-01 Kolbenringlose Abdichtung des Kompressionsraumes von Hubkolbenmaschinen fuer gasfoermige Medien

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1264906B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2743350A1 (de) * 1977-09-27 1979-04-05 Klaus Bruchner Hydrostatisch gefuehrter kolben

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE612836C (de) * 1934-02-07 1935-05-06 Wolfgang Loeffler Rolldichtung fuer Kolbenmaschinen, insbesondere fuer Pumpen, Stopfbuechsen o. dgl., mit einem zwischen dem Kolben und dem Gehaeuse angeordneten elastischen Dichtungsring
CH190791A (de) * 1936-02-21 1937-05-15 Sulzer Ag Kolbenmaschine mit einem Stufenkolben.

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE612836C (de) * 1934-02-07 1935-05-06 Wolfgang Loeffler Rolldichtung fuer Kolbenmaschinen, insbesondere fuer Pumpen, Stopfbuechsen o. dgl., mit einem zwischen dem Kolben und dem Gehaeuse angeordneten elastischen Dichtungsring
CH190791A (de) * 1936-02-21 1937-05-15 Sulzer Ag Kolbenmaschine mit einem Stufenkolben.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2743350A1 (de) * 1977-09-27 1979-04-05 Klaus Bruchner Hydrostatisch gefuehrter kolben

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2701272A1 (de) Zweitaktverbrennungsmotor mit vorverdichtung
DE2732063C2 (de) Arbeitskolben zur Veränderung der Kompression
DE1401391A1 (de) Waermekraftmaschine
EP0851101B1 (de) Dieselmotor
DE102011116295A1 (de) Neuartiger Dampfmotor
DE1264906B (de) Kolbenringlose Abdichtung des Kompressionsraumes von Hubkolbenmaschinen fuer gasfoermige Medien
DE3630799A1 (de) Kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen
EP0016381B1 (de) Luftgekühlter, drehschiebergesteuerter Viertakt-Verbrennungsmotor
EP0240686A1 (de) Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung
DE920758C (de) Zweitaktbrennkraftmaschine
DE2853588A1 (de) Zweitaktmotor mit hilfskolben und ventilanordnung, und sein zugeordneter antrieb
AT267257B (de) Kolbenringlose Abdichtung des Kompressionsraumes von Hubkolbenmaschinen für gasförmige Medien
DE515494C (de) Doppelt wirkender Zweitaktmotor
DE734142C (de) Steuerung fuer Viertaktbrennkraftmaschinen
DE1156605B (de) Kraftstoffeinspritzpumpe fuer mehrzylindrige Brennkraftmaschinen
DE3131805A1 (de) Zweitakt-brennkraftmaschine
DE4109472A1 (de) Kraftstoffeinspritzpumpe
EP2410140B1 (de) Schmiereinrichtung für einen Kolben
DE867478C (de) Verbrennungskraftmaschine mit selbsttaetiger Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
AT409787B (de) Kraftstoffeinspritzaggregat für dieselmotoren
DE1116942B (de) Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader
DE2356579C3 (de) Verfahren zur Herstellung von KohlenstoMasern durch Pyrolyse von PoIyacrylnitrilfasern
DE1219300B (de) Einrichtung zum Abdichten eines umlaufenden Verdraengerteiles gegenueber seinem Gehaeuse bei einem Rotationsverdraenger
DE1526396C (de) Innen- u. parallelachsige Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff
DE10002585B4 (de) Brennkraftmaschine, Verdichter oder Pumpe mit, die Kanäle steuernden, direkt angetriebenen Drehschiebern mit neuen Gleitflächendichtungen