DE2600382A1

DE2600382A1 - Verbrennungskraftmaschine mit isolierter dichtung

Info

Publication number: DE2600382A1
Application number: DE19762600382
Authority: DE
Inventors: Alexander Goloff
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1975-01-15
Filing date: 1976-01-07
Publication date: 1976-07-22
Also published as: GB1466556A; US3966368A; JPS5195513A

Description

CATERPILLARTRACTORCO., Peoria, 111. 61629, U.S.A.

Verbrennungskraftmaschine mit isolierter Dichtung

Die Erfindung betrifft Verbrennungskraftmaschinen und insbesondere in VerbrennungskraftmasGhinen verwendete Dichtungen.

Ein möglicherweise in Betracht kommender Stand der Technik ist in der GB PS 1 329 371 enthalten.

Hohe Betriebstemperaturen sind eine Hauptursache für den Verschleiß von Dichtungselementen in Verbrennungskraftmaschinen unabhängig davon, ob es sich um solche der Bauart mit Rotations- oder Hubkolben handelt. Wenn Motorenbestandteile aufgrund der heißen Verbrennungsgase hohen Temperaturen ausgesetzt sind, neigen die Ölfilme aufgrund der ver-

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minderten Viskosität dazu, dünner zu werden. Wenn derartige Ölfilme dünner werden nimmt der Verschleiß zu.

Hohe Temperaturen an der Zwischenfläche (Grenzschicht) zwischen Dichtungen, Kolben oder Rotoren und Verbrennungsraumwänden sind bedingt durch die Reibung zwischen der Dichtung und der Verbrennungskammerwand und der Aussetzung gegenüber den heißen Verbrennungsgasen. Folglich kann ein dickerer Ölfilm erhalten werden durch Beseitigen oder Vermindern der Wirkung irgendeines der obigen Faktoren. Insbesondere wenn ein Betrieb der Dichtung bei einer niedrigeren Temperatur herbeigeführt werden kann, wird die Übertragung der Wärme auf den Ölfilm durch die Berührung mit der Dichtung vermindert, wodurch die Aufrechterhaltung eines dickeren Ölfilms zur Verminderung des Verschleißes möglich ist.

Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuen und verbesserten Rotationsmotors mit verbesserten Dichtungen zum Vermindern des Verschleißes. Ein Ziel der Erfindung ist insbesondere die Schaffung einer Dichtung mit kühlerem Betrieb in einer Verbrennungskraftmaschine.

Eine beispielsweise Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung erreicht das obige Ziel in einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse, das eine einen Verbrennungsraum begrenzende Innenwand aufweist, und mit einem Glied, das im Gehäuse bewegbar ist und den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt ist. Auf dem Glied ist eine Abdichtvorrichtung angebracht, bewegt sich hiermit und stellt eine Dichtung zwischen dem Glied und der Innenwand her. Erfindungsgemäß wird von der Dichtung wenigstens ein isolierendes Glied in einer solchen Stellung getragen, daß es in einer dem Wärmeübergang entgegenwirkenden Beziehung zum Verbrennungsraum steht, um dem Wärmeübergang von den heißen Verbrennungsgasen zur Dichtung entgegenzuwirken. Folglich kann die Dichtung zur Verschleißminderung mit niedrigerer Betriebstemperatur betrieben werden, weil die Wärmezufuhr zur Dichtung behindert wird, während die sich bereits in der Dichtung befindende Wärme hiervon auf übliche

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Weise abgeleitet werden kann über das Glied und/oder über die mit der Dichtung in Eingriff stehende Innenwand des Verbrennung sraums .

In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform ist das Glied von der Innenwand im Abstand angeordnet und weist eine die Dichtung aufnehmende Nut auf. Die Dichtung wird von der Nut aufgenommen und weist einen Dichtungsabschnitt auf, der sich aus der Nut heraus erstreckt und die Innenwand berührt. Das isolierende Glied ist an dem der Öffnung der Nut am nächsten gelegenen Abschnitt der Dichtung angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das isolierende Glied hohl und begrenzt einen eingeschlossenen Gasraum zur Erzeugung hervorragender Isolierungseigenschaften.

Die Erfindung kann entweder bei Hubkolben- oder Rotationskolbenmotoren angewendet werden. Im ersteren Fall ist das Glied ein Hubkolben und die Innenwand ein Zylinder, während die Dichtung und die isolierenden Glieder Ringe sind. Im letzteren Fall ist das Glied ein Rotor mit mehreren Scheiteln, wobei sich an jedem Scheitel eine Nut und in jeder Nut eine Dichtung befindet. Darüber hinaus ist gemäß dieser Ausführungsform jeder Abschnitt jeder an die Öffnung der zugehörigen Nut angrenzenden Dichtung an jeder Seite mit den isolierenden Gliedern versehen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die im Kolben oder Rotor befindliche die Dichtung aufnehmende Nut eine Bodenwand auf, während die Dichtung eine der Bodenwand zugewandte Fläche aufweist. Die entgegengesetztliegende Fläche der Dichtung ist mit wenigstens einer Gasentlastungsnut versehen, während das isolierende Glied in einer solchen Nut angeordnet ist. Als Ergebnis wird ein durch eine unerwünschte Gasbelastung verursachter Verschleiß vermieden, während gleichzeitig ein einen hohen Verschleiß verursachender Betrieb bei hohen Temperaturen vermieden wird.

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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen sowie Vorteile der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Patentansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Rotationsmotors;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Rotationsdichtung;

Fig. 3 einen schematischen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors.

Eine Ausfuhrungsform einer Verbrennungskraftmaschine mit der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Dieser in Fig. 1 gezeigte Motor ist ein Rotationskolbenmotor, der von der Bauart "Wankel" sein kann und ein Gehäuse 10 mit einer Innenwand 12 aufweist, die in Verbindung mit den nicht dargestellten Seitenwänden die üblichen einen Verbrennungsraum enthaltenden Räume begrenzt.

Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein Rotor 14 angeordnet, der auf übliche Weise mit einer nicht dargestellten Welle verbunden ist. Der Rotor 14 weist mehrere Scheitel 16 auf, von denen nur einer dargestellt ist. Jeder Scheitel ist mit einer Nut versehen, die sich nach außen zur Innenwand 12 hin öffnet.

Innerhalb jeder Nut 18 befindet sich eine Dichtung 20, die eine einer Bodenfläche 24 der Nut 18 zugewandte erste Fläche 22 aufweist. Zwischen diesen beiden kann eine Vorspannfeder 26 angeordnet sein. Ein zweites Ende oder eine Fläche 28 der Dichtung 20 befindet sich entgegengesetzt zur Fläche 22 und in dichtender Berührung mit der Innenwand 12. Ein an die untere Fläche 28 angrenzender Abschnitt der Dichtung 20 erstreckt sich außerhalb der Nut 18 und befindet sich somit in einer Lage, in der er unmittelbar den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt ist. Folglich wird dieser Abschnitt der

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Dichtung bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur betrieben, die für die Erhaltung eines dicken Ölfilms an der Zwischenfläche zwischen der Dichtung 20 und der Innenwand 12 nicht förderlich ist. Das Problem wird verschärft, wenn Vorkehrungen zum Vermindern einer unerwünschten Gasbelastung der Dichtung 20 getroffen werden.

Bekanntlich bewegen sich die heißen Verbrennungsgase entlang den Seiten der Dichtung und wirken auf die Fläche 22, um die Dichtung 20 in festere Berührung mit der Innenwand 12 zu bewegen. Diese Art der Gasbelastung der Dichtung 20 kann erhöhten Verschleiß verursachen. Folgich sind viele Dichtungen, etwa die in der genannten GB PS 1 329 371 verwendeten, an gegenüberliegenden Seiten des Endes 28 mit Einkerbungen (Nuten) 30 versehen zur Schaffung von Flächen, gegen die die heißen Verbrennungsgase in kompensierender Beziehung zu ihrer Wirkung auf die Fläche 22 wirken können. Folglich wird etwas von der auf dem Boden der Dichtung 20 erzeugten Gasbelastung aufgehoben. Jedoch wird durch das Vorsehen derartiger Einkerbungen den heißen Verbrennungsgasen eine vergrößerte Oberfläche dargeboten mit der Folge, daß sogar mehr Wärme auf die Dichtung 20 übertragen wird und es hierdurch sogar noch schwieriger wird, die erwünschte Ölfilmdicke aufrechtzuerhalten.

Gemäß Fig. 1 wird dieses Problem durch die Verwendung von rohrförmigen isolierenden Gliedern 32 vermindert, die in den Einkerbungen 30 angeordnet sind. Die Glieder 32 müssen nicht rohrförmig sein, wenn auch eine rohrförmige Konstruktion bevorzugt wird, weil die Dichtungsmasse vermindert ist. Hierdurch wird der Verschleiß vermindert, der durch die während des Betriebs des Motors auf die Dichtung 20 ausgeübte Fliehkraft bedingt wird. Zusätzlich kann der Innenraum jedes Glieds 32 als eingeschlossener Gasraum wirken und die Isoliereigenschaften verbessern.

Die isolierenden Glieder 32 können aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein. Es kann z.B. poröses Metall oder Keramikmaterialien verwendet werden.

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Als Ergebnis der obigen Konstruktion wird der Wärmeübergang von den heißen Verbrennungsgasen auf das Ende 28 durch das Vorhandensein der isolierenden Glieder 32 verzögert. Gleichzeitig wird der Wärmeübergang von der Dichtung 20 auf das Gehäuse 10 oder den Rotor 14 nicht behindert. Folglich arbeitet die Dichtung 20 bei niedriger Temperatur, so daß eine gewünschte Ölfilmdicke aufrechterhalten werden kann. Darüber hinaus wird die von den Einkerbungen 30 vorgesehene Gasentlastungseigenschaft gemäß der Erfindung beibehalten.

Fig. 2 zeigt eine weitere gemäß der Erfindung ausgeführte Dichtungsform für einen Rotationskolbenmotor. Die in Fig. 1 dargestellte Konstruktion wird gegenüber der in Fig. 2 dargestellten etwas bevorzugt wegen der Anordnung nach Art eines Schlußsteins, was eine geringere Wahrscheinlichkeit für das Festfressen ergibt.

Der Einfachheit wegen wurden den Bestandteilen der in Fig. dargestellten Ausfuhrungsform, die den in Fig. 1 dargestellten entsprechen, die gleichen Bezugszeichen, jedoch mit Apostroph, gegeben.

Fig. 3 stellt die Anwendung der Erfindung bei einem Hubkolbenmotor dar. Es wird, wie dargestellt, ein Dieselmotor verwendet. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Erfindung bei anderen Hubkolbenmotoren angewendet werden kann, die niedrigere Verdichtungsverhältnisse als ein typischer Dieselmotor haben.

Der in Fig. 3 dargestellte Motor weist ein Gehäuse 1OO mit einer zylindrischen Innenwand 102 auf. Ein Kolben 104 ist auf übliche Weise im Zylinder hin- und hergehend angeordnet. Die zylindrische Innenwand 102 bildet zusammen mit der einen Teil des Zylinderkopfs des Motors bildenden Wand 106 einen Verbrennungsraum.

Der Kolben 104 ist mit einer Ringnut 108 versehen, die sich nach außen zur Zylinder- oder Innenwand 102 hin öffnet und

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eine Bodenfläche 110 aufweist. Innerhalb der Nut 108 befindet sich ein Kolbenring 112 mit einer der Bodenfläche 110 zugewandten ersten Fläche 114. Der Kolbenring. 112 weist auch eine zweite Fläche 116 auf, die entgegengesetzt zur Fläche 114 liegt und in dichtender Berührung mit der Innenwand 102 steht.

Die Oberseite des Kolbenrings 112 ist mit einer Einkerbung 118 versehen, die ein ringförmiges isolierendes Glied 120 aufnimmt, das vorzugsweise auch von rohrförmiger Konstruktion sein kann. Das isolierende Glied 120 kann aus dem gleichen Material wie die isolierenden Glieder 32 hergestellt sein.

Als Ergebnis der obigen Konstruktion ist hervorzuheben, daß die Berührung des sich von der Nut 108 weg erstreckenden Abschnitts des Kolbenrings. 112 mit den heißen Verbrennungsgasen durch das Vorhandensein des isolierenden Glieds 120 vermindert und somit der Kolbenring bei einer niedrigeren Temperatur betrieben wird, die das Aufrechterhalten eines optimalen Ölfilms gestattet. Gleichzeitig ist zu erkennen, daß die die Einkerbung 118 aufweisende bevorzugte Konstruktion die Beseitigung der unerwünschten Gasbelastung auf der Fläche 114 des Kolbenrings 112 gestattet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Aüsführungsform wird das isolierende Glied 120 nur auf einer Seite der vom Kolbenring 112 gebildeten Dichtung verwendet, weil in einem Hubkolbenmotor nur eine Seite des Kolbenrings ständig den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt ist. -

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Claims

— ö "* PATENTANSPRÜCHE

1./ Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse, das eine einen Verbrennungsraum begrenzende Innenwand aufweist, mit einem Glied, das im Gehäuse bewegbar ist und den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt ist, und mit einer Dichtvorrichtung, die am Glied angeordnet ist, sich hiermit bewegt und eine Dichtung zwischen dem Glied und der Innenwand herstellt, gekennzeichnet durch wenigstens ein isolierendes Glied (32; 32'; 120), das von der Dichtung (20; 2O¹; 112) getragen wird und in einer dem Wärmeübergang entgegenwirkenden Beziehung zum Verbrennungsraum steht, um dem Wärmeübergang von den heißen Verbrennungsgasen zur Dichtung entgegenzuwirken, wodurch die Dichtung zur Verschleißminderung mit niedrigerer Betriebstemperatur betrieben werden kann.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (14 r 104) von der Innenwand (12; 102) im Abstand angeordnet ist und eine Nut (18; 108) aufweist, wobei die Dichtung (20; 20'; 112) von der Nut (18; 108) aufgenommen wird und einen Dichtungsabschnitt aufweist, der sich aus der Nut heraus erstreckt und die Innenwand berührt, wobei das isolierende Glied (32; 32'; 120) angrenzend an die Öffnung der Nut (18) angeordnet ist.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (104) ein Hubkolben ist, wobei die Innenwand

(102) zylindrisch und die Dichtung (112) sowie das isolierende Glied (120) Ringe sind (Fig. 3).

4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied ein Rotor (14) mit mehreren Scheiteln (16) ist, wobei sich an jedem Scheitel eine Nut (18) und in jeder Nut (18) eine Dichtung (2O; 20') befindet, und daß jeder Dichtungsabschnitt an jeder Seite mit einem isolierenden Glied (32) versehen ist.

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5. Verbrennungskraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Glied (32, 32'; 120) innen hohl ist.

6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (18; 108) eine Bodenfläche oder Wand (24;110) und die Dichtung (20; 112) eine der Bodenfläche oder Wand (24; 110) zugewandte Oberfläche (22; 114) aufweisen, daß das isolierende Glied (32; 120) gegenüber der Fläche (22; 114.) in einer Einkerbung (30; 118) in der Dichtung (20; 120) aufgenommen ist, und daß die Einkerbung und das isolierende Glied eine druckempfindliche Fläche vorsehen, die in kompensierender Beziehung zur genannten Dichtungsfläche steht, um eine unerwünschte Gasbelastung der Dichtung zu vermindern.

7. Verbrennungskraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10; 100) mit einer einen Verbrennungsraum begrenzenden Innenwand (12; 102), durch ein Glied (14; 104), das innerhalb des Gehäuses (10; 100) bewegbar ist und den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt ist, wobei das Glied (14; 104) eine eine Dichtung (20; 112) aufnehmende und eine Bodenfläche (24; 110) aufweisende Nut (18; 108) aufweist, die sich nach außen zur Innenwand (12; 102) hin öffnet, durch ein dichtendes Glied (20; 112), das in der Nut (18; 108) aufgenommen ist und eine der Bodenfläche (24; 110) zugewandte erste Fläche (22; 114) sowie eine gegenüberliegende zweite Fläche (28; 116) aufweist, die die Innenwand (12; 102) dichtend berührt, durch eine Gasentlastungsnut (30; 118), die angrenzend an die zweite Fläche (28; 116) im dichtenden Glied (20; 112) ausgebildet ist, und durch eine isolierende Einrichtung (32; 120) an der Nut (18; 108), die den Wärmeübergang von den heißen Verbrennungsgasen zum dichtenden Glied (20; 112) vermindert, jedoch eine Gasentlastung des dichtenden Glieds (20; 112) durch den Druck des Gases auf die Nut (30; 118) und die isolierende Einrichtung (32; 110) zuläßt.

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8. Dichtung für eine Verbrennungskraftmaschxne mit einem Gehäuse, das eine einen Verbrennungsraum begrenzende Innenwand aufweist, mit einem Glied, das im Gehäuse bewegbar
ist, und wobei die Dichtung auf dem erwähnten Glied anzuordnen ist und sich mit diesem bewegt, um eine Abdichtung zwischen dem Glied und der Innenwand herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung mindestens ein isolierendes Glied (32; 32'; 120) trägt, und zwar in einer dem Wärmeübergang entgegenwirkenden Beziehung zum Verbrennungsraum, um dem Wärmeübergang von den heißen Verbrennungsgasen zur Dichtung entgegenzuwirken, wodurch die Dichtung zur Verschleißminderung mit niedrigerer Betriebstemperatur betrieben werden kann.

9. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (14; 104) von der Innenwand (12; 102) mit Abstand angeordnet ist und eine Nut (18; 108) aufweist, wobei die
Dichtung (20, 20'; 112) von der Nut (18; 108) aufgenommen wird und einen Dichtungsabschnitt aufweist, der sich aus der Nut heraus erstreckt und die Innenwand berührt, wobei das isolierende Glied (32, 32'; 120) angrenzend an die Öffnung der Nut angeordnet ist.

10. Dichtung nach Anspruch 8 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierglieder in Einkerbungen (30, 30'; 118) sitzen.

. Dichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierglieder (32, 32'; 120) rohrförmig ausgebildet sind.

12. Dichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierglieder aus porösem Metall oder Keramikmaterialien bestehen.

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13. Dichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Gestalt eines Schlußsteins besitzt (Fig. 1).

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