DE2911887A1

DE2911887A1 - Kolbenring fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2911887A1
Application number: DE19792911887
Authority: DE
Inventors: Takeo Fukui
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1978-03-31
Filing date: 1979-03-26
Publication date: 1979-11-08
Also published as: JPS6140932Y2; GB2018390B; GB2018390A; FR2421284A1; DE2911887C2; US4198065A; JPS54143912U; FR2421284B1

Description

Pat ε NTA ν Vi-ALT ι: Di- ί. -Ing. H. Weick.vIANn, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Din.-Ing. K A. Wi ick mann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Li ska 9 q -j λ q ο ^r7

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MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA
27-8, 6-chome, Jingumae, Shibuya-ku Tokyo 150 / Japan

Kolbenring für Brennkraftmaschinen

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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, die sich für hohe Leistungsabgabe bei hoher Drehzahl eignet. Um die Leistungsabgabe pro Hubraumeinheit zu verbessern, wurde bereits vorgeschlagen, die maximale Drehzahl zu erhöhen. . Hierbei treten jedoch gewisse Nachteile auf. Zunächst fällt im Bereich hoher Drehzahlen mit steigender Drehzahl der volumetrische Wirkungsgrad ab. Um die Drehzahl unter Beibehaltung eines vorbestimmten Wertes des volumetrischen Wirkungsgrades zu erhöhen, muß der Zylinder mit einer Frischluftmenge versorgt werden, die proportional der Maschinendrehzahl ist. Es ist jedoch bekannt, daß die Luftgeschwindigkeit nicht mehr zunimmt, wenn sie etwa 0,5 Mach erreicht hat, weshalb der volumetrische Wirkungsgrad dann abfällt. Um höhere volumetrische Wirkungsgrade zu erzielen, muß deshalb der effektive Öffnungsquerschnitt der Ansaugventile vergrößert werden. Der effektive Querschnitt wird durch Faktoren wie Umfang, Anzahl der Ansaugventile und Hub der Ansaugventile begrenzt.

Eine weitere Schwierigkeit, die mit zunehmender Drehzahl auftritt, besteht in einer Unzuverlässigkeit des Ventilsteuermechanismus. Wenn die Maschinendrehzahl einen-vorbestimmten Bereich überschreitet, können Sprungbewegungen und Schwingungsbewegungen der Ventile sowie weitere außergewöhnliche Effekte auftreten. Die kritische Drehzahl, bei der solche Erscheinungen auftreten, ist allgemein proportional der Quadratwurzel der Ventilfederkraft und umgekehrt proportional der Quadratwurzel der geringsten Ventilbeschleunigung. Die maximale Drehzahl ist somit durch diese Faktoren begrenzt.

Ferner wird die obere Grenze der Maschinendrehzahl relativ früh erreicht, da die Massenträgheit des Kolbens und anderer

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mit ihm bewegter Teile, beispielsweise der Kolbenstange, proportional dem Quadrat der Drehzahl ist. Die mechanischen Verluste steigen im Bereich hoher Drehzahlen abrupt an.

Um diese Probleme im Bereich hoher Maschinendrehzahlen zu vermeiden, wurden bereits Kurzhubmaschinen entwickelt. Es gibt jedoch einen kritischen Bereich der kürzeren Hubbewegungen, für den ein effektives Kompressionsverhältnis und eine Brennkammerform für einen vorgegebenen Hubraum beizubehalten sind. Ein weiterer Vorschlag zur Verbesserung der Leistungsabgabe bestand in einer Erhöhung des Verbrennungswirkungsgrades, die durch Erhöhung des Kompressionsverhältnisses erreicht wird. Ein zu hohes Kompressionsverhältnis erzeugt jedoch Frühzündung oder Klopfen. Bekannte Eigenschaften des Kraftstoffs, der Brennkammerform und des Zündzeitpunktes ermöglichen jedoch nur geringe Leistungserhöhungen, so daß hier mit einer wesentlichen Verbesserung nicht zu rechnen ist. Auch Entwicklungen mit Kurzhubprinzip und höherem !Compressionsverhältnis führten zu keiner wesentlichen Leistungsverbesserung.

In einer gleichzeitig mit der vorliegenden eingereichten Anmeldung (Anwaltsakte 154/182) wird eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Kolben vorgeschlagen,, dessen Querschnitt länglich ausgebildet ist und der in einer« entsprechend geformten Zylinder geführt ist. Diese Anordnung emöglicht eine Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades, wodurch wiederum die Leistungsabgabe üblicher Viertakt-Otto-Maschinen verbessert wird. Die Erfindung befaßt sich nun mit der Konstruktion eines geteilten Kolbenrings zur Verwendung an einem Kolben mit länglichem Querschnitt. Ein solcher Ring soll eine gleichmäßige Druckverteilung und minimale Plattererscheinungen bei hoher Maschinendrehzahl gewährleisten. Der Umfang eines Kolbenrings

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für einen Kolben mit länglichem Querschnitt kann kreisrunde Bogenteile und geradlinige Teile aufweisen, wodurch eine gleichmäßige Druckverteilung beim Einsetzen in den Zylinder schwierig zu verwirklichen ist. Deshalb könnte trotzdem eine unerwünschte Flattererscheinung während hoher Drehzahlen auftreten.

Um diese Nachteile zu vermeiden, hat ein Kolbenring nach der Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweise gebrochenen Querschnitt der

wichtigsten Teile einer Brennkraftmaschine, die mit einem Kolbenring nach der Erfindung arbeitet,

Fig. 2 den Schnitt 2-2 nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Kolbenring nach der Erfindung und

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Druckverteilung an einem Kolbenring der in Fig. 3 gezeigten Art.

In Fig. 1 und 2 ist eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Maschinenkörper 11 gezeigt, der vier zueinander parallele und aufrecht stehende Zylinder 12 enthält. Ein Kolben 13 ist in jedem Zylinder 12 vorgesehen, wobei die jeweils aneinandergleitenden Flächen nicht kreisrund-zylindrisch ausgebildet sind. Stattdessen hat jeder Kolben bzw. Zylinder in Richtung parallel zur Längsachse der Kurbelwelle 14 einen länglichen Querschnitt.

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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist also jeder Zylinder 12 länglich ausgeführt, wobei die größere Abmessung rechtwinklig zur kleineren Abmessung liegt. Der Zylinder 12 hat vorzugsweise gekrümmte Seitenteile 15, die jeweils teilkreisförmig im Querschnitt ausgebildet sind. Sie sind durch weitere Seitenteile 16 miteinander verbunden, die vorzugsweise die Form paralleler Ebenen haben. Die Seitenteile 16 können jedoch auch gewölbt sein, um die seitliche Abmessung des Zylinders zu vergrößern. Der Querschnitt des Zylinders kann somit auch elliptisch sein. Unter der Bezeichnung "länglich" soll also jede im vorstehenden Sinne mögliche Ausführungsform des Zylinderquerschnitts verstanden werden, die von der kreisrunden Querschnittsform abweicht. Jeder Zylinder 12 ist symmetrisch bezüglich einer Ebene ausgebildet, die durch die längere Abmessung des Zylinderquerschnitts geführt ist.

Zwei gleichartig ausgebildete Pleuelstangen 17 verbinden jeden Kolben 13 mit einem Pleuellager 18 auf der Kurbelwelle 14. Jede Pleuelstange 17 ist ferner mit einem Kolbenbolzen 19 im Kolben 13 verbunden, der parallel zur Längsachse der Kurbelwelle 14 liegt.

Der Kolben 13 mit länglichem Querschnitt hat einen oder mehrere geteilte Kolbenringe 23, die in Gleitkontakt mit der Zylinderwand stehen. Jeder Kolbenring 23 hat die in Fig. 3 gezeigte Form vor dem Einbau in seine Nut am Umfang des Kolbens 13. Ein gekrümmter mittlerer Abschnitt 24 bildet mit seiner Außenfläche einen Kreisbogen mit dem Radius ^-R bezüglich eines Mittelpunkt O¹. Zwei geradlinige Abschnitte 25 gehen von dem mittleren Abschnitt 24 aus und laufen in gleichartige Endabschnitte 26 aus. Der Abstand zwischen den Enden E und E¹ ist relativ groß und ermöglicht das leichte Einsetzen des Kolbenrings 23 in den Kolben 13.

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COPY

Die innere Querschnittsflache des Zylinders 12 ist durch die Linie 27 angedeutet und hat die Form eines länglichen Kreises, dessen linke und rechte Seite übereinstimmende Kreisbogen mit dem Radius γ C bezüglich eines Mittelpunkts 0 bilden. Die Kreisbögen sind jeweils miteinander über gerade Linien BC und B¹C' übereinstimmender Länge verbunden. Der Kolbenring 23 bildet an seinem mittleren Abschnitt 24 im entspannten Zustand einen Innenkreisbogen mit dem Radius R bezüglich des Mittelpunkts 0", der konzentrisch zum bereits beschriebenen Kreisbogen mit dem Radius y-R liegt. Die geraden Seitenteile 25 gehen in den Kreisabschnitt 24 an geraden Schnittlinien0 Ά und O¹A' über, die einen Winkel 2(X miteinander bilden, der auch den Kreisabschnitt 24 bestimmt. Hierbei ist « = 90⁰ . ■£- . Die Kreisabschnitte 26 gehen in die geradlinigen Abschnitte 25 an Punkten D und D¹ über. Diese Punkte bestimmen eine Länge der geradlinigen Teile 25* die mit der Länge der jeweiligen Linie BC bzw. B'C' übereinstimmt. Die Kreisbogenteile 26 haben einen Außenradius γ C bezüglich des jeweiligen Mittelpunkts 0" bzw. 0^m . Der jeweilige, den Kreisbogen 26 bestimmende Winkel β wird empirisch durch Versuche ermittelt, bei denen Undichtigkeit bzw. Gasdurchtritt usw; berücksichtigt werden. Der Winkel ß ist jedoch kleiner als der Winkel <X.

Wird der in Pig. J5 gezeigte Kolbenring 22 in seinen Zylinder eingesetzt, so ergibt sich gemäß Fig. 4 eine praktisch gleichmäßige Druckverteilung, was durch den mittleren, gebogenen Abschnitt 24 und die geradlinigen Abschnitte 25 erreicht wird. Da der geteilte Kolbenring 2J> an seinem Spalt nach dem Einsetzen einen Spitzenwert erzeugt, verhindert er ein übermäßiges Flattern bei hoher Maschinendrehzahl.

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Leerseite

Claims

29 I !887

Patentanspruch

Kolbenring für Brennkraftmaschinen mit einem Kolben mit lün.-.ς-1 Lchem Q/i^rsahnLtt in einem entsprechend ausgebildeten 'Zjlluder wit fjenoi-nien Seitenteilen, gekennzeichnet durch Lm entspannten Zustand geradlinige Seitenteile (25), die über eirr-m mittleren, gebc^enen Abschnitt (24) miteinander verbunden sind und jeweils einen gebogenen Endabschnitt (26) aufweiten, der¹ zum jeweils anderen gebogenen Endabschnitt (2o) einen Spalt bildet, und durch folgende Eigenschaften im entspannten Zustand:

0 0'= ;-R - : C
ex = 90° ^

β 4 of

AD = BG

4 0' AD = 90° = 4- O'A'D'
DO" = D'O"' = j'-R

0 der Krümmungsmittelpunkt der gebogenen Seitenteile (15) des Zylinders (12),

0' der KrUmmungsmittelpunkt des mittleren gebogenen Abschnitts (24) des Kolbenrings (23),

0" der Krümmungsmittelpunkt des ersten gebogenen Endabschnitts (26),

O¹" der KrUmmungsmittelpunkt des zweiten gebogenen Endabschnitts (26),

9 0

jrR der Außenradius des mittleren gekrümmter- Abschnitts

^C der Krümmungsradius der gebogenen Seitenteile (15) des
Zylinders (12),

A bzw. D der Übergangspunkt eines geradlinigen Abschnitts (25) des Kolbenrings (23) in den mittleren gebogenen Abschnitt (24) bzw. in einen gebogenen Endabschnitt (26),

A' bzw. D¹ der entsprechende Übergang des anderen geradlinigen Abschnitts (25),

B bzw. C das Ende eines geraden Seitenteils (16) des Zylinders (12),

CX der Winkel der Längssyrnmetrieachse des Kolbenrings (23) zu einer Linie zwischen 0' und A oder D,

E bzw. E¹ das jeweilige Ende eines gebogenen Endabschnitts (26) und

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