DE2533671A1 - Oelschmierung einer drehkolben- verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

ölschmierung einer Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine.

Bekanntlich müssen sowohl bei den Hubkolbenmaschinen als auch bei den Drehkolbenmaschinen die Kolbenringe zu dem Zweck geschmiert werden, die Bildung von Riefen in der umgebenden Zylinderwand zu verhindern oder zumindest auf ein Minimum einzuschränken. Dabei wird der Gasdruck zur Bildung einer Dichtung im Zusammenwirken mit dieser zu schützenden Zylinderwand ausgenutzt, wobei meistens auch noch eine federelastische Vorspannung dieser Kolbenringe vorgesehen ist, um eine innige

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Berührung mit der Zylinderwand zu unterstützen. Während nun bei einer Hubkolbenmaschine der oberste Kolbenring gewöhnlich mit einem weiteren Ring unterlegt ist, um so eine zusätzliche Tasche zur Speicherung der Dichtungszwecken dienenden Gase bereitzustellen, wodurch also ein praktisch dreistufiges Dichtungssystem an dem Kolben existiert, ist bei den Drehkolbenmaschinen immer nur eine einzige Dichtung an den verschiedenen Punkten vorhanden, die für die Abdichtung der verschiedenen Brennkammern kritisch sind. Insbesondere ist es bei einer Drehkolbenmaschine nicht möglich, die an den Spitzen bzw. Ecken des meistens Dreieckigen Drehkolbens angeordneten Dichtungen und weiter auch die an den beiden Stirnflächen des Kolbens und in den Ecken angeordneten Dichtungen, die insgesamt das sog. dynamische Dichtungsgitter des Drehkolbens bilden, mit weiteren Dichtungen zu unterlegen, um damit jeweils ein gleichartiges Gaskissen wie bei den Kolbenringen der Hubkolbenmaschinen zu schaffen. Es ist deshalb bei den Drehkolbenmaschinen von besonderer Wichtigkeit, daß dort eine optimale ölschmierung zur Ergänzung der Dichtungswirkung des dynamischen Dichtungsgitters bereitgestellt wird, weil sonst der gewünschte Gesamtwirkungsgrad nicht erreichbar ist.

Die Ergänzung der Dichtungswirkung eines dynamischen Dichtungsgitters am Kolben einer Drehkolbenmaschine wurde bis jetzt im wesentlichen durch die beiden folgenden Arten einer solchen ölschmierung erhalten. In den ganz frühen Anfängen mit solchen Drehkolbenmasohinen hatte man die Drehkolben übermäßig mit öl gekühlt, wobei es weniger auf den Ölverbrauch ankam und im Gegenteil eine Leckage des Kühlöls zu den Kolbendichtungen hin hingenommen und sogar gefördert wurde, damit davon eine gewisse Scharf, erwlrkung für diese Dichtungen ausgehen konnte. Es mußte jedoch festgestellt werden, daß dabei die an den Kolbenspitzen angeordneten Dichtungen einem symmetrischen

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Verschleiß unterworfen wurden, der ziemlich rasch die Erzeugung ziemlich tiefer Rattermarken in der umgebenden Gehäusewand zur Folge hatte. Man war daher gezwungen, diese Dichtungen aus einem immer verschleißfesteren Material zu fertigen, wobei man schließlich auch auf Metall als geeigneter Werkstoff für diese Dichtungen kam und dabei dann noch mehr von der Notwendigkeit überzeugt wurde, daß bei der jetzt vorhandenen Berührung von Metall auf Metall erst recht eine optimale ölschmierung dieser Dichtungen vorhanden sein muß. An allen neueren Drehkolbenmaschinen ist daher heute die andere Art einer solchen ölschmje rung verwirklicht, gemäß welcher das Schmieröl zusammen mit dem Brennstoff über dessen Ansaugkanal zugeleitet wird, wobei die entsprechenden Dosierungen nach den Forderungen bei den verschiedenen Betriebszuständen der Maschine unter wechselnden Fahrbedingungen gewählt sind. Auch diese Art einer ölschmierung kann jedoch noch nicht als optimal angesprochen werden, und zwar insbesondere unter dem Gesichtspunkt, daß dabei ziemlich große Verlustmengen infoigen einer Verbrennung gleichzeitig mit dem Brennstoff auftreten, wodurch häufig nicht die geplante Schmierölmenge zur Verfügung steht, um für eine ausreichende Schmierung der Dichtungen zu sorgen. Es kommt daher aufgrund der Berührung von Metall auf Metall auch weiterhin zu den Rattermarken, die hier allerdings weniger tief sind, jedoch immer noch ausreichen, zu einem verstärkten Verschleiß der Dichtungen beizutragen und damit deren Dichtungswirkung entsprechend zu schwächen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ölschmierung einer Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die zur Unterstützung des an deren Drehkolben vorhandenen dynamischen Dichtungsgitters mit weniger Verlustmengen auskommt und gleichzeitig eine verbesserte Schmierwirkung erzeugt, so daß dadurch eine wirkungsvollere Ergänzung der von diesem

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dynamischen Dichtungsgitter ausgehenden Dichtungswirkung erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehkolben mit einem symmetrisch ausgebildeten, selbstzumessenden Verteilersystem für Schmieröl an seine beiden Stirnseiten und an die angrenzenden seitlichen Gehäusewände versehen ist, wobei für die bevorzugte Ausbildung eines solchen Verteilersystems jeweils mindestens ein durch eine Feder od.dgl. vorgespannter Plunger an jeder Stirnseite des Drehkolbens vorgesehen werden sollte, der außen mit einer untiefen, das Schmieröl aufnehmenden Aussparung versehen ist.

Erfindungsgemäß wird damit eine ölschmierung einer Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, die eine ziemlich kontrollierte Zuteilung des Schmieröls in die beiden Grenzschichten ergibt, die zwischen den Stirnflächen des Drehkolbens und den angrenzenden seitlichen Gehäusewänden bestehen. Da diese Grenzschichten von den einzelnen Dichtungen des dynamischen Dichtungsgitters begrenzt sind, kann in ihnen eine äußerst wirksame Zuteilung des zur Schmierung bereitstehenden Schmieröls an diese einzelnen Dichtungen erfolgen, wobei Untersuchungen gezeigt haben, daß es damit möglich ist, den Ölverbrauch praktisch auf wenigstens die Werte einzuschränken, die heute bei Hubkolbenmaschinen üblich sind. Damit können andererseits entsprechend längere Laufzeiten der Maschine eingeplant werden, bis das Schmieröl erneuert oder auch nur ergänzt werden muß, so daß diese neue ölschmierung entsprechend vorteilhaft ist.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind in den verschiedenen Unteransprüchen erfaßt.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilansicht der Stirnfläche eines Drehkolbens, an welchem eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ölschmierung verwirklicht ist,

Fig. 2 den entsprechenden Axialschnitt dieses Drehkolbens nach der Linie 2 - 2 in Fig. 1,

Fig. J5 eine der Fig. 1 entsprechende Teilansicht eines Drehkolbens, bei dem eine andere Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Ölschmierung verwirklicht ist,

Fig. 4 den entsprechenden Axialschnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine ebenfalls der Fig. 1 entsprechende Teilansicht,

die eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ölschmierung zeigt,

Fig. 6 den entsprechenden Axialschnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5* und

Fig. 7 und 8 zwei dreidimensionale Schaubilder zur Darstellung des Ölverbrauchs einer Drehkolbenmaschine, die mit einer bekannten ölschmierung bzw. mit der ölschmierung gemäß Erfindung ausgerüstet ist.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen ölschmierung wird ein Drehkolben IJ* vorausgesetzt, der wie üblich über ein Lager 14 auf dem Exzenter einer Exzenterwelle angeordnet ist, die das Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine in axialer Richtung durchsetzt.

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Dieses Gehäuse hat die üblichen Seitenwände 10 und 11, die parallel zueinander angeordnet sind und zusammen mit der sich in Umfangsriohtung erstreckenden Wand 12 eine epitrochoide Gehäusekammer begrenzt, welche den Drehkolben IJ aufnimmt, so daß mehrere Brennkammern gebildet werden, die aufgrund der Drehung des Kolbens im Volumen veränderlich sind.

Eine dieser im Volumen veränderlichen Brennkammern ist mit 24 bezeichnet, und es ist gezeigt, daß diese Brennkammer wie alle weiteren Brennkammern durch das in seiner Gesamtheit mit 15 bezeichnete dynamische Dichtungsgitter des Drehkolbens abgedichtet wird. Dieses dynamische Dichtungsgitter 15 umfaßt Dichtungen 18, die_in einem jeweiligen Schlitz 21 in den Ecken oder Spitzen des dreieckigen Kolbens IJ angeordnet sind und durch eine jeweilige Feder 20 nach außen vorgespannt werden. Es umfaßt weiter zylindrisch ausgebildete Eckendichtungen I9, die gegenüber den Seitenwänden 10, 11 wirken und ebenfalls in einer jeweiligen Aussparung 22 an diesen Spitzen oder Ecken des Kolbens IJ an den beiden axialen Enden der jeweils zugeordneten Dichtung 18 angeordnet sind. Das dynamische Dichtungsgitter umfaßt schließlich noch in den Stirnseiten 8 und 9 des Drehkolbens angeordnete Dichtungen 16 und I7, die praktisch die jeweiligen Eckendichtungen 19 der betreffenden Stirnseite miteinander verbinden und einen gekrümmten Verlauf haben, der etwa den gekrümmten Oberflächen 25 des Kolbens entspricht.

Für den Drehkolben IJ ist weiterhin ein nichtnäher gezeigter Kreislauf für Kühlöl verwirklicht, das dabei mit einem ziemlich hohen Druck zugeleitet und hauptsächlich gegen die eine Stirnfläche des Kolbens geschleudert wird und weiterhin von innen her radial auswärts gegen die die Dichtungen 18 tragende Kolbenwand. Sobald das Kühlöl auf diese Weise zum Ver-

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sprühen gekommen ist, hat es einen entsprechenden Druckabfall erfahren, was zur Begünstigung der Kühlwirkung beiträgt. An den Stirnseiten des Kolbens wird diese Kühlwirkung des Kühlöls dadurch unterstützt, daß dort zusätzlich zu den entsprechenden Dichtungen des dynamischen Dichtungsgitters Kolbenringe 39 und 40 vorgesehen sind, welche also einen allzu raschen Abfluß dieses Kühlöls zurück zum Kreislauf verhindern.

Die erfindungsgemäße ölschmierung umfaßt ein in seiner Gesamtheit mit 30 bezeichnetes, symmetrisch ausgebildetes Verteilersystem, das selbstzumessend einen Jeweiligen Schmierölfilm an den beiden Stirnseiten des Drehkolbens aufbauen kann, so daß hiervon eine jeweilige Sohmierwirkung zwischen der betreffenden Stirnseite 8, 9 des Kolbens und der angrenzenden seitlichen Gehäusewand 10, 11 ausgehen kann. Das Verteilersystem 30 besteht aus einem jeweiligen zylindrischen Plunger 41 in den beiden Stirnseiten des Kolbens, in denen zu diesem Zweck zu der Kolbenaohse parallele Zylinderbohrungen 42 ausgebildet sind, und zwar an einer Stelle, die von der nächstliegenden Ecke oder Spitze des Kolbens einen gewissen Abstand hat und die innerhalb des von den einzelnen Dichtungen des dynamischen Dichtungsgitters I5 und den Kolbenringen 39* ^O umgrenzten Raumes ausgebildet ist. Da die Anordnung dieser Plunger symmetrisch zu der Mittelebene 50 des Kolbens I3 ist, und die Kolben auch sonst gleich ausgebildet sind, wird im folgenden nur auf den einen, in der Stirnseite 8 angeordneten Plunger 41 hingewiesen, um daran die weiteren Merkmale der erfindungsgemäßen ölschmierung in dieser bevorzugten Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 zu erläutern.

Der Plunger 41 ist außen mit einer untiefen Aussparung 38 versehen, welche der Aufnahme des Schmieröls dient, daß über einen Verbindungskanal 32 und einer zu diesem Zweck

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in dem Kolbenlager 14 ausgebildeten Bohrung Jl aus dem Kreislauf für die Lagerschmierung abgezweigt wird. Der Verbindungskanal 32 ist an eine Ringnut 35 des Plungers 41 angeschlossen, die ihrerseits über eine achsparallele Bohrung 33 an die Aussparung 38 angeschlossen ist. Eine weitere aohsparallele Bohrung 3^ verbindet die Aussparung 38 mit einer rückwärtigen Sitzöffnung 36 für eine Spiralfeder 43, die sich an dem Kolben I3 abstützt und den Plunger 41 gegen die zugeordnete Seitenwand 11 des Gehäuses vorspannt. An dieser Stelle ist der Kolben I3 mit einer Bohrung 37 versehen, die damit also Verbindung hat mit der Aussparung 38, womit das dieser zugeführte Schmieröl einen Rücklaufkanal zurück zum ölsumpf hat.

Wenngleich im Betrieb der Maschine der Aussparung 38 Plungers 41 das Schmieröl mit demselben hohen Druck zugeleitet wird, wie er für die Lagerschmierung vorgesehen werden muß, ist wegen des an die Aussparung 38 angeschlossenen Rücklaufkanals die Voraussetzung dafür geschaffen, daß das Schmieröl in der Aussparung unter einem relativ niedrigen Druck steht, der dabei praktisch direkt mit der Vorspannkraft der Feder 43 zusammenhängt. Die Aussparung 38 wirkt daher als eine selbstzumessende Schmiertasche, aus welcher das Schmieröl in die Grenzschicht eingetragen wird, die _Zwischen der zugeordneten Stirnseite des Kolbens und der angrenzenden seitlichen Gehäusewand geschaffen ist. Wegen der Exzenterbewegung des Kolbens wird dann das Schmieröl aus dieser Grenzschicht praktisch an alle zur Schmierung des dynamischen Dichtungsgitters maßgeblichen Stellen verbreitet, wodurch dessen Dichtungswirkung entsprechend gesteigert wird. Dabei stellt die Berührung der Stirnfläche §1 des Plungers 41 an der angrenzenden Gehäusewand eine gleichmäßige Schichtdicke des sich bildenden Ölfilms sicher, wobei wieder hauptsächlich die Vorspannkraft der Feder 43 da-

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für maßgebend ist, wie stark die Dicke dieses Ölfilms wird. Während der exzentrischen Bewegung des Kolbens I3 wird dieser dünne Ölfilm auch besonders durch die Dichtungen 16 und 17 des dynamischen Dichtungsgitters bis hinein in die volumenveränderlichen Brennkammern bewegt, so daß auch von dort aus eine Schmierwirkung ausgeht, die hauptsächlich gegen die Dichtungen 18 ausgerichtet ist, aber auch von dort aus an den Eckendichtungen I9 zur Wirkung kommt, so daß also insgesamt eine ziemlich intensive Schmierung des dynamischen Dichtungsgitters stattfindet. Dabei sollte noch besonders erwähnt werden, daß diese Verteilung des Schmieröls ziemlich massiv durch eine Art Pumpenwirkung unterstützt wird, die bei der Exzenterbewegung des Drehkolbens Ij5 hauptsächlich von den Dichtungen 16 und I7 des dynamischen D:* _;htungsgitters ausgeht. Es ist hauptsächlich auf diese Pumpenwirkung dieser Dichtungen 16 und I7 zurückzuführen, daß somit für die erfindungsgemäße ölschmierung keine besondere ölpumpe benötigt wird.

In dem Schaubild der Fig. 7 ist der Ölverbrauch verdeutlicht, der mit einer herkömmlichen ölschmierung bei einer Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine gleicher Ausführung auftritt. Dabei ist entlang der x-Koordinatenachse der Ansaugdruck der Maschine in mm Quecksilbersäule, entlang der y-Koordinatenachse die Drehzahl der Maschine und entlang der z-Kcordinatenachse der Ölverbrauch in gefahrenen, Kilometern je Liter öl abgetragen. Es kann daher aus diesem Schaubild beispielsweise abgelesen werden, daß bei einem Ansaugdruck von etwa 300 mm Hg im niedrigen Drehzahlbereich der Maschine nur etwa 36ΟΟ km gefahren werden können, bis ein Liter Schmieröl vollständig aufgebraucht ist, während ausweislich des Schaubildes der Fig. 8, das die vergleichbaren Verhältnisse bei einer Maschine mit der erfindungsgemäßen ölschmierung fes thält, eine Fahrleistung von immerhin 7500 km herauskommt.

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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist sogar ohne größere Schwierigkeiten ein Spitzenwert von etwa 9OOO km erreichbar, um einen Liter Schmieröl zu verbrauchen, wobei dieser Spitzenwert bei einem Ansaugdruck von etwa 250 mm Hg und bei einer Drehzahl von etwa 3200 U/min liegt. Damit ist nachgewiesen, daß die erfindungsgemäße ölschmierung wesentlich wirkungsvoller ist als die bekannte Lösung, für die das Sohaubild der Fig. 7 die herkömmlich erreichbaren Werte festhält. Auf alle Fälle kann davon ausgegangen werden, daß mit der erfindungsgemäßen ölschmierung Werte erreicht werden, die denjenigen der herkömmlichen Hubkolbenmaschinen ohne weiteres gleichwertig sind, wobei weiterhin mit Sicherheit gilt, daß mit der erfindungsgemäßen ölschmierung eine um wenigstens etwa I5OO km höhere Fahrleistung im Vergleich zu den heute auf dem Markt befindlichen Drehkolbenmaschinen erreichbar ist.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen ölschmierung unterscheidet sich von derjenigen gemäß den Fig. 1 und 2 praktisch nur darin, daß hier die Plunger 41 mit den Eckendichtungen I9 praktisch zu einem einheitlichen Bauteil 60 zusammengefaßt sind, das ebenfalls eine der Aussparung 38 entsprechende Aussparung 61 aufweist, die über eine Bohrung 62 mit dem Innenraum des Kolbens verbunden ist. Der Plunger 60 hat einen breiteren Kopf 66, der in einer Bohrung 65b angeordnet ist, die über eine Schulter 63a in eine Bohrung 63 kleineren Durchmessers übergeht. In der Bohrung 635 sitzt ein kleinerer Durchmesserbereich 60a des Plungers, zu dessen Abdichtung Dichtungsringe 64 und 65 vorgesehen sind. Im übrigen sind auch bei dieser Ausführungsform die Plunger 60 durch nicht näher gezeigte Spiralfedern gegen die angrenzenden seitlichen Gehäusewände vorgespannt, bezüglich welcher bei dieser Ausführungsform allerdings von einer gegenüber der vorbeschrie-

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benen Ausführungsform deshalb etwas nachteiligeren Scnmierwirkung auszugehen ist, weil hierbei die Dichtungen 67 und 68 des dynamischen Dichtungsgitters eine geringere Pumpenwirkung auf den sich bildenden Ölfilm auswirken können und außerdem das Schmieröl hierbei leichter in die volumenveränderlichen Brennkammern vordringen kann, da es dazu nur praktisch an den axialen Enden der Dichtungen 70 vorbei muß, die in den Schlitzen "Jl in den Spitzen oder Ecken des Kolbens angeordnet sind. Wenn aber mehr Schmieröl in die Brennkammern vordringt, dann besteht die entsprechend größere Neigung, daß dieses vermehrte Schmieröl zusammen mit dem Brennstoff verbrannt wird, woraus eben der Schluß gezogen werden muß, daß diese Ausführungsform nicht dieselben hohen Werte erreichen läßt, die mit der Ausfuhrungsform gemäß den Fig. 1 und 2 erreichbar sind. Es kann jedoch ohne weiteres davon ausgegangen werden, daß auch diese Ausführungsform der Fig. 3 und 4 allen bekannten ölschmierungen überlegen ist.

Die in den Fig. 5 und 6 schließlich noch gezeigte AusfUhrungsform stellt praktisch eine bauliche Vereinigung der beiden vorbeschriebenen Ausführungsformen dar. Der Kolben 80 entspricht dem Kolben 60 der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4, indem er ebenfalls an der Stelle angeordnet ist, wo sonst üblicherweise die Eckendichtungen I9 sitzen, mit denen er baulich vereinigt ist. Der Kolben 80 hat die stirnseitige Aussparung 82, die über eine Bohrung 83 bei 84 an den Verbindungskanal 85 zu der Schmierung des Kolbenlagers 86 angeschlossen ist. Bei 87 hat die Bohrung 83 eine Verbindung zu dem Innenraum des Kolbens über eine Verbindungsbohrung 88, die damit dieselbe Aufgabe erfüllt wie die Bohrung 37 bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2. Der Plunger 80 ist durch eine an einem Fortsatz 90 angreifende Feder 89 auswärts vorgespannt, so daß er in einer Bohrung 8la zur Justierung des sich an der angrenzenden seitlichen Gehäusewand bil-

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denden Ölfilms nachstellbar ist. Wegen der Verbindung mit der Lagerschmierung ist diese Ausführungsform gemäß der Fig. 5 und 6 etwas vorteilhafter als die Ausführungsform der Fig. 3 und 4, sie ist aber wegen der Anordnung der_s Plunger in den Ecken des Kolbens der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 aus denselben Gründen unterlegen, die vorstehend für die Ausführungsform der Fig. 3 und 4 angeführt wurden.

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Claims (5)

Ansprüche

1. !ölschmierung einer Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine, _yderen Drehkolben mit einem dynamischen Dichtungsgitter zum Abdichten der volumenveränderlichen Brennkammern gegen die umgebenden Gehäusewände versehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Drehkolben (13) mit einem symmetrisch ausgebildeten, selbstzumessenden Verteilersystem (30) für Schmieröl an seine beiden Stirnseiten (8, 9) und an die angrenzenden seitlichen Gehäusewände (10, 11) versehen ist.

2. ölschmierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilersystem (30) an jeder Stirnseite des Drehkolbens jeweils mindestens einen durch eine Feder (43, 89) vorgespannten Plunger (41, 60, 80) aufweist, der außen mit einer untiefen, Schmieröl aufnehmenden Aussparung (38, 61, 82) versehen ist.

3. ölschmierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Plunger (41) an einer Stelle der zugeordneten Stirnseite (8, 9) des Drehkolbens (13) angeordnet ist, die von den betreffenden Dichtungen des dynamischen Dichtungsgitters (I5) umgeben und in einem Abstand zu der nächstliegendeii Kolbenecke angeordnet ist.

4. ölschmierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plunger (60) mit «te» Eckdichtungen (I9) des dynamischen Dichtungsgitters (I5) baulich vereinigt sind.

5. ölschmierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die untiefen, Schmieröl aufnehmenden Aussparungen (38, 82) der Plunger (41, 80) über Verbindungskanäle (32, 85) an die Lagerschmierung des Drehkolbens angeschlossen sind.

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