DE2307786A1 - CLIP SEAL FOR ROTARY PISTON ENGINE - Google Patents
CLIP SEAL FOR ROTARY PISTON ENGINEInfo
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- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
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Description
18.65818,658
TOYÜ KOGYÜ CO., LTD., Aki-gun, Hiroshima-ken (Japan)TOYÜ KOGYÜ CO., LTD., Aki-gun, Hiroshima-ken (Japan)
YOSHIWA KOGYÜ KABÜSHIKI KAISHA, Aki-gun, Hiroshima-ken (Japan)YOSHIWA KOGYÜ KABÜSHIKI KAISHA, Aki-gun, Hiroshima-ken (Japan)
Scheiteldichtung für RotationskolbenmotorCrown seal for rotary piston engine
Die Erfindung betrifft allgemein einen Rotationskolben-Verbrennungsmotor, insbesondere eine Scheiteldichtung für den Rotor eines Rotationskolbenmotors.The invention relates generally to a rotary piston internal combustion engine, in particular a crown seal for the rotor of a rotary piston engine.
Pur die Scheiteldichtungen von Rotationskolbenmotors sind schon die verschiedenartigsten Ausbildungen und Werkstoffe vorgeschlagen und entwickelt worden. Eine Scheiteldichtung wird bekanntlich sehr stark beansprucht, teilweise weil die Dichtung den in dem Motor erzeugten, sehr heißen Verbrennungsgasen direkt ausgesetzt ist und teilweise weil die Dichtung auch bei einem großen Druckunterschied zwischen den durch die sich bewegende Berührungsfläche der Dichtung voneinander getrennten Arbeitsräumen des Motors eine genügende Abdichtung bewirken soll. Nach einem der am besten bewährten Vorschläge verwendet man eine Dichtung, die aus Gußeisen besteht und die in ihrem oberen Teil mit einer genügend harten Hartgußoberfläche versehen ist. Eine derartige Dichtung hat besondere Vorteile. Sie zeichnet sich durch eine ausgezeichnetePure the crown seals of rotary piston engines the most diverse designs and materials have already been proposed and developed. One The crown seal is known to be subject to very high loads, partly because the seal generates the is directly exposed to very hot combustion gases and partly because the seal is also exposed to a large pressure difference between the working spaces separated from one another by the moving contact surface of the seal of the motor should produce a sufficient seal. Used according to one of the best tried and tested suggestions a gasket made of cast iron and with a sufficiently hard chilled cast iron surface in its upper part is provided. Such a seal has particular advantages. She is characterized by an excellent
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Zähigkeit und Abriebfestigkeit aus und ist daher den starken Abriebwirkungen gewachsen, die in Rotationskolbenmotoren oft auftreten.Toughness and abrasion resistance and is therefore able to withstand the strong abrasive effects that occur in rotary piston engines occur often.
Bei der Verwendung dieser Dichtung in der auf hoher Temperatur befindlichen Brennkammer erfährt die Dichtung jedoch leicht eine starke Wärmeverformung infolge der beträchtlichen Differenz zwischen den Ausdehnungskoeffizienten ihres aus Hartguß bestehenden oberen Teils und ihres nicht abgeschreckten, unteren Teils. Infolge dieser Wärmeverformung wirft oder biegt sich die Dichtung in ihrer Längsrichtung, so daß sich ihre Längsenden vom Grund der Scheiteldichtungsnut abheben. Diese Scheiteldichtungsnuten sind in jedem Scheitelteil des Rotors des Motors ausgebildet. Infolgedessen werden an den tieferliegenden mittleren Teil der Scheiteldichtung Verbrennungsgase durchgeblasen,so daß die Dichtwirkung der Dichtung herabgesetzt wird. Das genannte Werfen der Scheiteldichtung führt ferner dazu, daß ihre erhöhten Endteile zu stark angedrückt werden, was zu Ermüdungsbrüchen führt. When using this seal in the combustion chamber, which is at a high temperature, the However, the seal easily undergoes severe thermal deformation due to the considerable difference between the expansion coefficients its upper part made of chilled cast iron and its non-quenched, lower part. As a result this thermal deformation throws or bends the seal in its longitudinal direction, so that its longitudinal ends lift off the base of the crown seal groove. These crown seal grooves are in each crown part of the The rotor of the engine is formed. As a result, the lower middle part of the apex seal is attached Combustion gases blown through, so that the sealing effect the seal is lowered. Said throwing of the apex seal also leads to their increased End parts are pressed too hard, which leads to fatigue fractures.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Scheiteldichtung für Rotationskolbenmotoren. It is an object of the invention to provide an improved crown seal for rotary piston engines.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer aus Gußeisen bestehenden LJcheiteldichtung, in der die Neigung zu einer unerwünschten Wärmeverformung im wesentlichen beseitigt, die Zähigkeit des Werkstoffs jedoch erhalten geblieben ist.Another object of the invention is to provide a cast iron head seal, in which the tendency for undesirable thermal deformation substantially eliminates the toughness of the However, the material has been preserved.
Die erfindungsgemäße Scheiteldichtung aus Gußeisen besitzt einen aus Hartguß bestehenden, oberen Teil, der eine reibungsarme obere Fläche zur Gleitberührung mitThe apex seal made of cast iron according to the invention has an upper part made of chilled cast iron, which has a low-friction upper surface for sliding contact with
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der Innenumfangsfläche des Gehäuses des Rotationskolbenmotors aufweist, ferner einen aus Hartguß bestehenden, unteren Teil zum Eintritt in die Scheiteldichtungsnut und einen unabgeschreckten mittleren Teil, der zwischen dem oberen und dem unteren Teil angeordnet ist und sie einstückig miteinander verbindet.the inner circumferential surface of the housing of the rotary piston engine, also made of chilled cast iron, lower part for entry into the crown seal groove and an unsquenched middle part that runs between the upper and the lower part is arranged and integrally connects them to one another.
Erfindungsgemäß besteht die Scheiteldichtung aus drei Schichten. Zwischen einer oberen und einer unteren Hartgußschicht ist eine mit ihnen einstückige Schicht aus unabgeschrecktem, zähem Gußeisen vorhanden. Zwischen den Hartgußschichten und der unabgeschreckten Schicht sind somit zwei Grenzzonen vorhanden. Die Kräfte, die eine Wärmeverformung herbeizuführen trachten werden sind daher in den Grenzzonen einander entgegengesetzt gerichtet und daher gegeneinander versetzt. Auf diese Weise wird das unerwünschte Werfen der Dichtung in der Längsrichtung verhindert.According to the invention, the apex seal consists of three layers. Between an upper one and one lower chilled cast iron layer is integral with them Layer of unquenched, tough cast iron present. Between the chilled cast iron layers and the undaunted one There are thus two boundary zones. The forces that will tend to cause thermal deformation are therefore directed opposite to one another in the border zones and therefore offset from one another. To this In this way, the undesired throwing of the seal in the longitudinal direction is prevented.
Die Erfindung schafft somit eine auß drei Schichten bestehende Dichtung für Rotationskolben-Verbrennungsmotoren. Die aus Gußeisen bestehende Scheiteldichtung besitzt einen oberen Teil, der aus Hartguß besteht und eine reibungsarme obere Fläche besitzt, die für die Gleitberührung mit der Innenumfangsfläche des Motorgehäuses bestimmt ist, ferner einen aus Hartguß bestehenden, unteren Teil zum Eintritt in die Scheiteldichtungsnut und einen unabgeschreckten mittleren Teil, der zwischen dem oberen und dem unteren Hartgußteil angeordnet ist. Infolge dieser Ausbildung der Dichtung sind die Kräfte, die eine Wärmeverformung herbeizuführen trachten, an den Grenzzonen zwischen den Hartgußschichten und der unabgeschreckten Schicht einander im wesentlichen entgegengesetzt gerichtet, so daß die Neigung der Dichtung zur unerwünschten Verformung im wesentlichen beseitigt wird.The invention thus provides a three-layer seal for rotary piston internal combustion engines. The crown seal made of cast iron has an upper part made of chilled cast iron and has a low-friction top surface adapted to slide contact with the inner peripheral surface of the motor housing is determined, furthermore a made of chilled cast iron, lower part for entry into the apex sealing groove and an unquenched central portion disposed between the upper and lower chilled castings is. As a result of this design of the seal, the forces that tend to cause thermal deformation are substantially opposed to each other at the boundary zones between the chilled cast iron layers and the unquenched layer directed so that the tendency of the seal to undesirably deform is substantially eliminated.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der auf die beigefügte Zeichnung bezuggenommen wird. In dieser zeigtFurther objects and advantages of the invention will appear from the following description in which reference is made to the accompanying drawing. In this shows
Fig. 1 schaubildlich eine Scheiteldichtung gemäß der Erfindung undFig. 1 is a perspective view of a crown seal according to the invention and
Fig. 2 eine Erläuterung des Verfahrens zum vergleichenden Messen der Wärmeverformung der erfindungsgemäßen Scheiteldichtung"und einer üblichen Scheiteldichtung. Fig. 2 is an explanation of the method for comparatively measuring the thermal deformation of the invention Apex seal "and a conventional apex seal.
Die in *ig. 1 gezeigte Scheiteldichtung 10 gemäß der Erfindung besteht aus Gußeisen und besitzt einen mittleren Teil 11, einen oberen Teil 12 und einen unteren Teil 13· Das Verfahren zur Herstellung einer Scheiteldichtung der vorliegenden Art ist in der USA-Patentschrift 3 658 541 ausführlich beschrieben. Daher wird die Herstellung der Dichtung hier nur kurz erläutert. Die erfindungsgemäße Dichtung 10 wird beispielsweise aus- einem langgestreckten Körper aus nadeligem Gußeisen hergestellt. Dieses besteht aus 3,6 Gew.$ Kohlenstoff, 2,1 Gew./O Silicium, 0,4 # Mangan, 0,5 $ Chrom, 1,5 1° Molybdän, 1,0 Jo Kupfer, Rest Eisen. Der untere Teil 13 und der obere Teil 12 sollen mit je einer Gleitberührungsfläche ausgebildet werden und werden mit Hilfe eines Elektronenstrahls, eines Plasmas oder eines Laserstrahls während eines kurzen Zeitraums örtlich geschmolzen, wobei der mittlere Teil 11 fest bleibt. Der langgestreckte Körper mit den örtlich geschmolzenen Teilen wird dann als Ganzes abgeschreckt, so daß man im oberen Teil 12 und im unteren Teil 13 Hartguß erhält. In einer anderen Ausführungsform kann man den oberen und den unteren Teil voneinander getrennt schmelzen und abschrecken. Der örtlich abgeschreckte Körper wirdThe in * ig. The crown seal 10 according to the invention shown in Fig. 1 is made of cast iron and has a central part 11, an upper part 12 and a lower part 13. The method of making a crown seal of the present type is described in detail in U.S. Patent 3,658,541. Therefore, the production of the seal is only briefly explained here. The seal 10 according to the invention is produced, for example, from an elongated body made of needle-like cast iron. This consists of 3.6 wt. $ Of carbon, silicon Gew./O 2.1, 0.4 # manganese, 0.5 $ chromium, 1.5 1 ° molybdenum, Jo 1.0 copper, the remainder being iron. The lower part 13 and the upper part 12 are each to be formed with a sliding contact surface and are locally melted for a short period of time with the aid of an electron beam, a plasma or a laser beam, the middle part 11 remaining solid. The elongated body with the locally melted parts is then quenched as a whole, so that chilled cast iron is obtained in the upper part 12 and in the lower part 13. In another embodiment, the upper and lower parts can be melted and quenched separately from one another. The locally deterred body will
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dann spangebend derart bearbeitet, daß er, passend in die Scheiteldichtunganut eingesetzt werden kann.then machined so that it fits into the Crown seal groove can be used.
Die auf diese Weise hergestellte Scheiteldichtungsnut kann beispielsweise folgende Abmessungen haben: länge a = 60 mm, Höhe b = 8,5 mm, Breite c = 5 mm, Dicke oder Höhe t-. der oberen Hartgußschicht 12 etwa 2,5 mm, Dicke tp der unteren Hartgußschicht 13 vorzugsweise etwas weniger als 2,5 mm, Dicke der unabgeschreckten Schicht 11 etwa 3,5 mm. Die obere Hartgußschicht 12 ist vorzugsweise dicker als die untere Hartgußschicht 13, weil im Betrieb der Scheiteldichtung deren oberer Teil den heißen Verbrennungsgasen direkt ausgesetzt ist, so daß dort ein starkes Temperaturgefälle zu dem in der Scheiteldichtungsnut angeordneten Teil der Dichtung hin vorhanden ist. Ferner hat der obere Teil eine reibungsarme obere Fläche, die mit der Innenumfangsfläche des Motorgehäuses des Drehkolbenmotors in Gleitberührung steht, so daß die Dicke dieses oberen Teils im Betrieb der Scheiteldichtung durch Abrieb fortschreitend verringert wird. Das Werfen einer Grenzzone zwischen zwei Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten nimmt bekanntlich mit dem Temperaturgefälle in der Grenzzone zu. Aus diesen Gründen ist die Grenzzone zwischen der oberen Hartgußschicht 12 und der unabgeschreckten Schicht 13 vorzugsweise nicht oberhalb der Außenränder der Scheiteldichtungsnut angeordnet, sondern in dieser Nut selbst, weil dort das Temperaturgefälle kleiner ist. Diese Lage der Grenzzone kann in der Praxis erhalten werden, wenn die Schichten, wie oben angegeben, so bemessen sind, daß die obere Hartgußschicht 12 dicker ist als die untere HartgußschichtThe crown sealing groove produced in this way can have the following dimensions, for example: length a = 60 mm, height b = 8.5 mm, width c = 5 mm, thickness or height t-. the upper chilled cast iron layer 12 about 2.5 mm, Thickness tp of the lower chilled cast iron layer 13 is preferably somewhat less than 2.5 mm, thickness of the unquenched layer 11 about 3.5 mm. The upper chilled cast layer 12 is preferred thicker than the lower chilled cast iron layer 13, because when the apex seal is in operation, its upper part is hot Combustion gases is directly exposed, so that there is a sharp temperature gradient to that in the crown seal groove arranged part of the seal is present. Furthermore, the upper part has a low-friction upper surface, which is in sliding contact with the inner peripheral surface of the motor housing of the rotary piston engine, so that the Thickness of this upper part is progressively reduced by abrasion during operation of the apex seal. Throwing a boundary zone between two materials with different expansion coefficients is known to decrease with the Temperature gradient in the border zone. For these reasons, the boundary zone is between the upper chilled cast iron layer 12 and the unquenched layer 13 preferably not above the outer edges of the crown seal groove arranged, but in this groove itself because the temperature gradient is smaller there. This location of the border zone can be obtained in practice if the layers, as indicated above, are dimensioned so that the upper chilled cast iron layer 12 is thicker than the lower chilled cast iron layer
Andererseits soll die Zähigkeit der erfindungsgemäßen Scheiteldichtung als ganzes nicht beeinträchtigt werden. Es wurde empirisch festgestellt, daß dieseOn the other hand, the toughness of the crown seal according to the invention as a whole should not be adversely affected will. It has been found empirically that this
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Forderung erfüllt werden kann, wenn die Dicke der unabgeschreckten Zwischenschicht 11 mindestens ein Fünftel der Dicke der ganzen dichtung 10 beträgt. Die Dicken der drei Schichten können durch entsprechende Wahl des Energiepegels, der Energiedichte und der Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahls bestimmt werden.The requirement can be met if the thickness of the unsquenched intermediate layer 11 is at least one fifth of the thickness of the entire seal 10. The thicknesses of the three layers can be determined by appropriate selection of the energy level, the energy density and the scanning speed of the electron beam.
Anhand der Figur 2 werden jetzt die erfindungsgemäße Scheiteldichtung, in welcher der obere und der untere Teil aus Hartguß bestehen, und eine übliche Scheiteldichtung, in der nur der obere Teil aus Hartguß besteht, hinsichtlich ihres Wärmedeformationsverhaltens miteinander verglichen. Man erkennt aus der Zeichnung, daß eine übliche Meßanordnung verwendet wird, in der die jeweilige Scheiteldichtung in horizontaler Lage auf zwei Auflagern 14 und 15 ruht, die einen Abstand von etwa 50 mm voneinander haben· Auf der den Auflagern entgegengesetzten Seite der Dichtung greift ecwa in der Mitte zwischen den Auflagern eine Meßuhr an, mit der die WärmeVerformung der Scheiteldichtung durch Messung der Auslenkung des mittleren Teils der Dichtung gegenüber ihren Enden bestimmt wird. Die Messungen wurden sowohl bei normaler Temperatur von etwa 15° C als auch bei einer erhöhten Temperatur von 300° C vorgenommen. Die ermittelten Wärmeverformungswerte sind nachstehend angegeben:With reference to the figure 2 are now the crown seal according to the invention, in which the upper and the lower part consist of chilled cast iron, and a common apex seal in which only the upper part is made of chilled cast iron exists, compared with one another in terms of their thermal deformation behavior. You can see from the drawing that a conventional measuring arrangement is used in which the respective apex seal in a horizontal position rests on two supports 14 and 15 spaced about 50 mm apart · On the opposite one to the supports On the side of the seal, ecwa engages a dial gauge in the middle between the supports, with which the Thermal deformation of the crown seal by measuring the Deflection of the central part of the seal relative to its ends is determined. The measurements were made both carried out at normal temperature of about 15 ° C as well as at an elevated temperature of 300 ° C. The determined Thermal deformation values are given below:
bei norma- bei Verwith normal- with ver
ier Tem- erhöhter formung peratur Temperaturier temperature increased forming temperature temperature
Dichtung gemäßSeal according to
der Erfindung 500 μω 495 pm 5 pmof the invention 500 μω 495 pm 5 pm
bekannteacquaintance
Dichtung 595 pm 580 pm 15 pmSeal 595 pm 580 pm 15 pm
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Man erkennt aus der vorstehenden Tabelle, daß die Wärmeverformung der erfindungsgemäßen dichtung viel kleiner ist. Die Wärmeverformung der erfindungsgemäßen Dichtung im Ausmaß von 5 pm kann in der Praxis niemals zu Schwierigkeiten führen.It can be seen from the table above that the heat deformation of the seal according to the invention much is smaller. The thermal deformation of the invention Sealing to the extent of 5 pm can never lead to difficulties in practice.
Wie vorstehend angegeben wurde, erfährt die erfindungsgemäße Scheiteldichtung auch unter der Einwirkung der heißen Verbrennungsgase eine sehr kleine Wärmeverformung. Infolgedessen tritt bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Dichtung während einer längeren Betriebszeit kein unerwünschtes Durchblasen von Gasen und kein Abheben der Enden der dichtung vom Boden der Nut auf, so daß die Dichtwirkung der Dichtung länger anhält. Da die verbesserte Dichtwirkung zu einem höheren Verdichtungsverhältnis in dem mit der Dichtung versehenen Rotationskolbenmotor führt, wird auch die Leistung dieses Motors stark verbessert. As indicated above, the crown seal according to the invention also experiences under the action very little heat distortion of the hot combustion gases. As a result, when using the invention Seal no undesired blowing through of gases and no lifting off during long periods of operation the ends of the seal from the bottom of the groove, so that the sealing effect of the seal lasts longer. Since the improved Sealing effect to a higher compression ratio in the rotary piston engine provided with the seal leads, the performance of this engine is also greatly improved.
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