DE1451874A1 - Kuehlanordnungen fuer umlaufende Kraftmaschinen - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. R. Beetz u. ,.

D:pl.- Ing. Lamprecht I 4 O 1 8 7 H

München 22, Stelrwdorfttr. 10

81-10 009P

10 010H -v 22.10.1964

YANMAR DIESEL ENGINE CO., LTD., Osaka (Japan)

Kühlanordnungen für umlaufende Kraftmaschinen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zum Kühlen einer zentralen Arbeitsraumbegrenzung einer umlaufenden Kraftmaschine mit einem Gehäuse, das seitliche Abschlußplatten und einen zentralen Gehäuseraum umfaßt, dessen innere, annähernd zylindrische Gleitfläche im Querschnitt als mehrflügelige Epitrochoide ausgebildet ist, sowie mit einem Rotor mit einer Anzahl winkeliger Ecken, der in dem genannten Gehäuse exzentrisch derart drehbar gelagert ist, daß die vom Rotor, den inneren Gehäusewänden und seitlichen Abschlußplatten begrenzten Arbeitsräume zyklischen Kompressions- und Expansionskräften unterworfen sind.

Es sind Kühlanordnungen bekannt, bei denen sich eine Temperaturverteilung am Umfang der inneren Gleitfläche des Gehäuseraums unter Betriebsbedingungen - wie in Pig. 1 dargestellt ergibt. Die Temperatur im heißesten Bereich der Oberfläche liegt bei 240°C, die des kühlsten Bereichs bei 5O⁰O. In dieser Darstellung bezeichnet der Pfeil im oberen Teil des zentralen Gehäuseraums eine Zündkerze, der Pfeil auf dem Rotor die Drehrichtung, der aufwarte weisende Pfeil im unteren Teil dee zen- 81-POB.5172-ZLH (6)^Ö°Ö84i /0367

tralen Gehäuseraums einen Ansaugkanal, der nach unten weisende Pfeil einen Auspuffkanal. Aus dieser Darstellung der Anordnung ist ersichtlich, daß der Unterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur sehr groß ist, wobei der heißeste Bereich ungenügend gekühlt und der kühlste Bereich übermäßig gekühlt wird. Eine derartige, auf unzureichender Kühlung beruhende Temperaturverteilung rührt daher, daß der Umlaufzyklus der Kraftmaschine sich immer in einem eng abgegrenzten Raum abspielt und jede Phase (Ansaugen, Kompression, Verbrennung, Ausdehnung und Auspuff) stets an der gleichen vorbestimmten Stelle der die Kraftmaschine umgebenden inneren Gehäusewand ausgeführt wird. Eg ist klar, daß sich in dem Gehäuseteil, in dem Verbrennung und Explosion erfolgen, ein heißer Bereich bildet, anderseits jedoch die Ansaugseite womöglich übermäßig gekühlt wird, wenn die Kühlung so stark ist, daß die Bildung eines derartigen heißen Bereichs unterbleibt.

Ziel der Erfindung ist es, eine bessere Temperaturverteilung über die gesamte innere Fläche x-x der Kraftmaschine zu schaffen. Die erfindungsgemäße Anordnung sieht demnach entlang der kleineren Achse der Arbeitsraumbegrenzung auf der Verbrennungskammerseite, wo die Wandtemperatur am höchsten ist, einen Kühlwassereinlaß vor. Das Kühlwasser wird in den Kühlmantel der zentralen Arbeitsraumbegrenzung geleitet. Das Kühlwasser strömt die Wand entlang, die so konstruiert ist, daß die zur Kühlung der Innenwand des heißesten. Bereiches im Arbeitsraum erforderliche Strömungs-

x der Arbeitsraumbegrenzung χ

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geschwindigkeit und Kühlfläche erreicht werden. Der Bereich niedriger Temperatur im Ansaugbereich ist so ausgelegt, daß wenig oder gar kein Wasser durch diesen Bereich zu strömen vermag, oder wahlweise ein Strömungsmedium, wie Schmieröl, das eine höhere Temperatur als das Kühlwasser aufweist, für diesen Bereich niedriger Temperatur allein vorgesehen wird. Bei einer derartigen Anordnung wird der heiße Bereich ausreichend gekühlt, wobei man gleichzeitig das übermäßige Kühlen des kühlen Bereiches von vornherein unterbindet. Damit wird der Temperaturunterschied entlang der gesamten inneren Arbeitsraumbegrenzung weitgehend verringert, da ja die höchste Wandtemperatur gesenkt und die niedrigste Wandtemperatur erhöht wird.

In Fig. 1 ist die Temperaturverteilung entlang der inneren Gleitfläche einer zentralen Arbeitsraumbegrenzung einer umlaufenden Kraftmaschine unter Betriebsbedingungen dargestellt. «Die genante Kraftmaschine hat eine zylindrische, im Querschnitt als zweiflügelige Epitrochoide ausgebildete Gleitfläche.

Pig. 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, H, 15 und 16 sind Quer- und Längsschnittdarstellungen der zentralen Arbeitsraumbegrenzung und veranschaulichen eine erfindungsgemäße Ausführung .

Fig. 6 zeigt eine Umfangs-Abwicklung der in Fig. 4 dargestellten Rippenanordnung, und

Fig. 7 ein Beispiel der Temperaturverteilung über die Gleitfläche der zentralen Arbeitsraumbegrenzung während des Betriebes einer umlaufenden Kraftmaschine entsprechend der erfindungsge-

HQ λ _Λ 909841/0367
mäßen Anordnung.

Anhand der Fig. 2 und 3 soll eine Ausführung im Sinne der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Im Bereich A höchster Temperatur ist ein Kühlwassereinlaß 3 vorgesehen, und außerhalb der Innenwand χ - χ (wie bei B gezeigt) befindet sich eine entlang dem Umfang dieser I_nnenwand sich erstreckende Trennwand 5, so daß der größere Teil des Kühlwassers außerhalb der genannten Trennwand 5 strömt und nur ein geringer verbleibender Teil innerhalb dieser Trennwand strömt. D_adurch wird ein übermäßiges Kühlen des Bereiches B verhindert. Daraus ersieht man, daß der Bereich hoher Temperatur wirkungsvoll gekühlt zu werden vermag, während der Bereich niedriger Temperatur nicht übermäßig gekühlt werden kann, da man letzteren vom Strom des Kühlwassers trennt unc somit die Kühlwassers trennt und somit die Kühlwirkung in dem Bereich niedriger Temperatur reduziert. In der Darstellung bezeichnet 6 einen Kühlwasserauslaß, 7 eine Ansaugöffnung für Gasgemisch, 8 eine AuspuffÖffnung, 9 einen Rotor, 20 eine Zündvorrichtungs-Aufnahme und 22 Schraubenbolzen zur Befestigung der seitlichen Abschlußplatten am Gehäuse 1.

In Fig. 4 bis 6 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführung dargestellt, bei der eine Zickzack-Anordnung der Rippen 10, im Kühlmantelbereich der zentralen Arbeitsraumbegrenzung auf der Seite vorgesehen ist, wo hohe Temperaturen auftreten. Diese Rippen in Zickzackanordnung verlaufen parallel zur Achse der Arbeitsraumbegrenzung. Beim Kühlwassereinlaß J des Kühlmantels ist eine Rippe 9 vorgesehen, die den Wasserstrom in zwei Teilströme trennt, die in verschiedene Richtungen geleitet werden.

χ des Bereiches nieäiger Temperatur χ

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Einer dieser Teilströme wird in den Bereich hoher Temperatur und der andere in den Bereich niedriger Temperatur der Arbeitsraumbegrenzung geleitet, wie die Pfeile in Mg. 6 andeuten. Durch Anordnung der Rippe 9 an einem bestimmten Punkt kann der zum Bereich hoher Temperatur gerichtete Teilstrom im Vergleich zu dem zum Bereich niedriger Temperatur gerichteten Teilstrom entsprechend vergrößert werden.

Die in Fig. 7 und 8 dargestellte Anordnung ist so ausgelegt, daß kein Kühlwasser durch den Bereich niedriger Temperatur in der Arbeitsraumbegrenzung strömen kann. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, sind am oberen Ende und um die AuspuffÖffnung 8 der zentralen Arbeitsraumbegrenzung Kühlwasser-Abzugsöffnungen sowie Wände 12, 14 vorgesehen, um den Kühlmantel abzugrenzen. Ferner ist in der Außenwand der zentralen Arbeitsraumbegrenzung ein Fenster 15 ausgebildet, das die Außenseite des Raumes 14' begrenzt, in den kein Kühlwasser gelangt, um ein etwaiges übermäßiges Kühlen zu vermeiden.

Fig. 9 und 10 veranschaulichen eine weitere Ausführung im Sinne der Erfindung. Bei diesem Modell ist der Bereich niedriger Temperatur des Kühlmantels durch eine Trennwand 15 in zwei Abteile unterteilt. Das äußere Abteil dient als Wasserdurchlaß und das innere Abteil 16 beispielsweise als öldurchlaß, wobei ein Strömungsmedium, wie Schmieröl, das heißer als das Kühlwasser ist, durch dieses innere Abteil strömt, um zu verhindern, daß der Bereich niedriger Temperatur übermäßig abkühlt. In diesen beiden Darstellungen bezeichnet 17 eine Einlaßöffnung für Schmieröl und

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18 eine Abzugsöffnung für Schmieröl. Wie ,aus der Zeichnung zu ersehen ist, dient in diesem Pail das Abteil 16 gleichzeitig als Kühlvorrichtung für das Schmiermittel.

Die Ausführung nach Pig. 11 und 12 veranschaulicht die erfindungsgemäße Anordnung in einer vertikal angeordneten Kraftmaschine, wie einem Außenbordmotor. Zur Kühlung des Auspuffstutzens grenzt ein Kühlwasserabzug 6 an die Auspufföffnung 8. Im Kühlmantel 4 ist eine Trennwand 15 angeordnet und bildet so einen Hohlraum 16, der den Bereich niedriger Temperatur (siehe B) vom Strom des Kühlwassers trennt, um dadurch ein etwaiges übermäßiges Kühlen dieses Bereiches zu unterbinden.

Pig. 13 und 14 zeigen weitere Anwendungsmöglichkeiten. der erfindungsgemäßen Anordnung bei einer vertikal angeordneten Kraftmaschine, wie bereits in Pig. 11 und 12 dargestellt. Unmittelbar neben der Zündkerze 20, auf der entgegen der Rotationsrichtung des Rotors (siehe Pfeil) liegenden Seite, befindet sich ein Kühlwassereinlaß 3, und bei der Auspufföffnung 8 ist ein Kühlwasserabzug 6 angeordnet; ferner sind Kühlrippen 19 entlang der Außenwand des Bereiches B niedriger Temperatur vorgesehen, so daß dieser Bereich B auf Grund natürlicher Wärmestrahlung und Konvektion gekühlt werden kann. Bei dieser Anordnung wird die gesamte Kühlwirkung der Außenwand der zentralen Arbeitsraumbegrenzung verbessert, während die Anordnung selbst vereinfacht wird.

In Pig. 15 und 16 ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit im

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Sinne der Erfindung dargestellt. Hier ist die Anordnung auf eine sehr keline Kraftmaschine angewandt, bei der es beim Anfertigen des Gußstücks schwierig ist, im Kühlmittel Trennwände vorzusehen. In diesem Falle dienen an der Wand des Bereiches B ausgebildete Vorsprünge 21 zur Beschränkung des Kühlwasserstromes, um ein übermäßiges Kühlen dieses Bereichs zu unterbinden.

Pig. 17 veranschaulicht ein Beispiel der Temperaturverteilung über die Gleitfläche eines Rotorgehäuseraumes für eine umlaufende Kraftmaschine im Sinne der vorliegenden Erfindung. Man ersieht daraus, daß der Temperaturwert des Bereiches hoher Temperatur verringert, während der des Bereiches nieddger Temperatur erhöht wird, so daß es im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten Fall zu einem beträchtlich verringerten Temperaturgefälle kommt. Dadurch können außerordentliche Abnutzung, eine durch Wärmedehnung bedingte, hohe Reibung oder ein Fressen an den aneinander gleitenden Flächen usw. sehr wirkungsvoll unterbunden und dabei die Abdichtung und die Verbrennungsleistung im Bereich hoher Temperatur der zentralen Arbeitsraumbegrenzung nicht unbeträchtlich verbessert werden.

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Claims (1)

1. — ο —

   Patentansprüche

   • 1 ./Eine Kühlanordnung für eine umlaufende Kraftmaschine mit einem Gehäuse, das seitliche Abschlußplatten und einen zentralen Gehäuseraum umfaßt, dessen innere, annähernd zylindrische Gleitfläche im Querschnitt als mehrflügelige Epitrochoide ausgebildet ist, sowie mit einem Rotor mit einer Anzahl winkeliger Ecken, der in dem genannten Gehäuse exzentrisch drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen im Bereich höchster Temperatur der Gleitfläche der zentralen Arbeitsraumbegrenzung angeordneten Kühlwassereinlaß und eine im Bereich niedriger Temperatur der zentralen Arbeitsraumbegrenzung angeordnete Trennvorrichtung aufweist, um die übermäßige Kühlung des Bereiches niedriger Temperatur zu unterbinden und daß diese in Umfangs- oder Strahlungsrichtung geschlossen oder offen sind.

   2. Eine Kühlanordnung für eine umlaufende Kraftmaschine mit einem Gehäuse, das seitliche Abschlußplatten und einen zentralen Gehäuseraum umfaßt, dessen innere Gleitfläche als mehrflügelige Epitrochoide ausgebildet ist, sowie mit einem Rotor mit einer Anzahl winkeliger Ecken, der in dem genannten Gehäuse exzentrisch drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen im Bereich höchster Temperatur der Gleitfläche der zentralen Arbeitsraumbegreramg angeordneten Kühlwassereinlaß und eine im Bereich niedriger Temperatur der zentralen Arbeitsraumbegrenzung angeordnete Trennvorrichtung aufweist, um die übermäßige Kühlung im Bereich niedriger Temperatur zu unterbinden, und daß diese in Umfangs- oder Radialrichtung geschlossen oder offen sind, daß sie ferner

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   einen entlang der zentralen Arbeitsraumbegrenzung sich, erstreckenden, engen Kühlwasserkanal zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers durch den Bereich hoher Temperatur der Arbeitsraumbegrenzung, sowie außerhalb des genannten Kühlwasserkanals angeordnete Befestigungsschrauben aufweist, um den genannten Gehäuseraum und die seitlichen Abschlußplatten zusammenzuhalten.

   3· Eine Kühlanordnung für eine umlaufende Kraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen im Bereich höchster Temperatur der Gleitfläche der zentralen Arbeitsraumbegrenzung angeordneten Kühlwassereinlaß und eine im Bereich niedriger Temperatur der zentralen Arbeitsraumbegrenzung angeordnete Trennvorrichtung aufweist, um die übermäßige Kühlung im Bereich niedriger Temperatur zu unterbinden, und daß diese in Umfangs- oder Radialrichtung offen oder geschlossen sind, daß sie ferner in der Wand des Bereiches hoher Temperatur der genannten Arbeitsraumbegrenzung angeordnete, axiale Rippen aufweist, um in dem genannten Bereich die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers zu erhöhen und gleichzeitig für genügend große Kühlflächen axiale Starrheit zu sorgen.

   4. Eine Kühlanordnung für eine umlaufende Kraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen im Bereich höchster Temperatur der Gleitfläche der zentralen Arbeitsraumbegrenzung angeordneten Kühlwassereinlaß, zwei im Bereich niedriger Temperatur der Gleitfläche der zentralen Arbeitsraumbegrenzung angeordnete Trennwände 12, 14 die sich in radialer Richtung er-

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   - ίο -

   strecken, um etwaigen Strömen des Kühlwassers durch den Bereich niedriger Temperatur zu unterbinden, sowie zwei Kühlwasserabzugsvorrichtungen aufweist, die an einem an die Auspuff öffnung angrenzenden Punkt "bzw. an einem Punkt oberhall) der Arbeitsraumbegrenzung angeordnet sind.

   4. Eine Kühlanordnung für eine umlaufende Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen im Bereich höchster Temperatur der Gleitfläche der zentralen Arbeitsraumbegrenzung angeordneten Kühlwassereinlaß, eine im Bereich niedriger Temperatur der genannten Arbeitsraumbegrenzung angeordnete Trennvorrichtung, die ein Abteil begrenzt, sowie Mittel zum Einführen eines Strömungsmediums aufweist, dessen Temperatur höher ist als die des Kühlwassers der zentralen Arbeitsraumbei|genzung, wie Kühlwasser vom Auspuffrohr oder Schmieröl, und daß das geannte Medium in das genannte Abteil eingeführt wird, um ein übermäßiges Kühlen des Bereichs niedriger Temperatur zu unterbinden.

   6. Eine Kühlanordnung für eine umlaufende Kraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen im Bereich höchster Temperatur der Gleitfläche der zentralen Arbeitsraumbegrenzung angeordneten Kühlwassereinlaß und eine im Bereich niedriger Temperatur angeordnete und sich entlang der Außenwand der zentralen Arbeitsraumbegrenzung erstreckende Trennwand umfaßt, die in bezug auf den Kühlwasserabzug freie Enden aufweist, so daß der jeweilige dynamische Druck zweier Kühlwasserströme, die in entgegengesetzter Richtung zueinander strömen, innerhalb der genannten Wand gegeneinander wirken, um etwaiges Strömen durch den genannten Bereich zu unterbinden.

   7. Eine Kühlanordnung für eine tunlaufende Kraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen im Bereich höchster Temperatur der Gleitfläche der zentralen Arbeitsraumbegrenzung angeordneten Kühlwassereinlaß aufweist, der in bezug auf die Drehrichtung des Rotors auf der Rückseite der Zündkerze und angrenzend an dieselbe an der Arbeitsraumbegrenzung angeordnet ist, daß sie ferner einen neben der Auspufföffnung angeordneten Kühlwasserabzug und Luftkühlungsrippen an der Außenwand des Bereiches niedriger Temperatur der genannten Arbeitsraumbegrenzung aufweist.

   8. Eine Kühlanordnung für eine umlaufende Kraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Bereich höchster Temperatur einen Kühlwassereinlaß in die zentrale Arbeitsraumbegrenzung und eine axial sich erstreckende Trennwand im Bereich niedriger Temperatur der genannten Arbeitsraumbegrenzung aufweist, um dort etwaiges Strömen des Kühlwassers außen längs der Gleitfläche zu unterbinden, wodurch die Kuhlwirkung auf den genannten Bereich vermindert wird.

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