DE2933674A1

DE2933674A1 - Dichtungseinrichtung fuer hin- und hergehende kolben von motoren

Info

Publication number: DE2933674A1
Application number: DE2933674A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Arai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1979-08-20
Publication date: 1980-02-28
Also published as: JPS5530507A; DE2933674C2; US4280708A

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-BOCK) MÖNCHEN 22 Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN O O O O C >7 / Steinsdorfstraße 10

Π XA/ ^DBCD LO O OO I** <g> (089) · 29 66 84

Dr.rer. not. W. KÖRBER Dipl.-I ng. J. SCHMIDT-EVERS PATENTANWÄLTE

Yoshio Arai

1400 Kamihongo

Matsudo-shi, Ciba-ken / Japan

Dichtungseinrichtung für hin- und hergehende Kolben von Motoren

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung in Motoren zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen der Zylinderwand und der Außenfläche des in die Zylinderbohrung eingesetzten Kolbens.

In herkömmlichen Dichtungseinrichtungen, wie in Figur 3 gezeigt, ist ein Kolbenring 5 lose in eine Kolbenringnute 4 von rechteckigem Querschnitt eingesetzt, die rundherum in die äußere Oberfläche eines Kolbens 3 eingeschnitten ist, welcher in eine in einem Zylinderblock 1 ausgebildete Zylinderbohrung 2 eingesetzt ist, und der Kolbenring 5 ist an einem Punkt gespalten, so daß er sich nach außen ausdehnen kann. In diesem Fall wird jedoch, da Zwischenräume zwischen dem Kolbenring 5 und den Innenflächen der Kolbenringnute 4 vorhanden sind, der Kolbenring 5 außer Kontakt mit der oberen und unteren Fläche der Kolbenringnute 4 gebracht aufgrund der Trägheit des Ringes, wenn der Kolben 3 während

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seiner Hin- und Herbewegung seinen oberen oder unteren Totpunkt erreicht. Infolgedessen dringt Hochdruck-Verbrennungsgas aus der oberhalb des Kolbenkopfes 3 gebildeten Verbrennungskammer 6 in das Kurbelgehäuse 7, wie durch die Pfeile a angedeutet. Wenn bei dem Ansaughub der Druck in der Verbrennungskammer 6 negativ wird, tritt Schmieröl in dem Kurbelgehäuse 7 durch den Zwischenraum zwischen dem Kolbenring 5 und der Kolbenringnute 4 in die Verbrennungskammer 6 ein. Um dem Kolbenring 5 eine Spannung zu geben und seine thermische Expansion zu absorbieren, ist der Kolbenring 5 gewöhnlich an einem Punkt gespalten, wie durch 8 und 9 in Figur 4 angedeutet. Dieser Aufbau hat den Nachteil, daß das Verbrennungsgas und das Schmieröl durch die Spaltabschnitte 8 und 9 und durch den Spalt zwischen dem inneren Umkreis des Kolbenrings 5 und der Kolbenringnute 4 entweder in den mit den Pfeilen b angedeuteten Richtungen oder in den dazu entgegengesetzten Richtungen durchströmen. Daher kann die herkömmliche Dichtungseinrichtung keine ausreichend gute Abdichtung zwischen der Verbrennungskammer 6 und dem Kurbelgehäuse 7 liefern.

Ein Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer neuen Dichtungseinrichtung für Kolben von Motoren, welche die Nachteile herkömmlicher Kolbenringen vermeidet.

Um dieses Ziel zu erreichen, umfaßt die vorgeschlagene erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung eine Kolbenringnute, die in die äußere Peripherie des Kolbens eingeschnitten ist, welcher in die Zylinderbohrung von Motoren mit hin- und hergehenden Kolben eingesetzt ist, und die aus einer ersten und einer zweiten ringförmigen geneigten Fläche besteht, welche einen nahezu V-förmigen, sich nach außen erweiternden Querschnitt bilden,ferner einen in die Kolbenringnute eingesetzten Dichtungsring, der eine geneigte Ringfläche, die in dichten und festen Kontakt mit der ersten ringförmigen

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geneigten Fläche der Kolbenringnute zu bringen ist, und eine äußere periphere Dichtungsfläche aufweist, die an der inneren Oberfläche der Zylinderbohrung gleiten soll, und einen Hilfsring aus elastischem Material mit einer ringförmigen schrägen Fläche, die gleitend an der zweiten ringförmigen geneigten Fläche der Kolbenringnute anliegt, wobei der Hilfsring den Kolbenring kontaktiert und eine Neigung zum Kontrahieren nach innen hat.

Bei diesem Aufbau gleitet der Hilfsring aufgrund seiner Kontraktionskraft längs der zweiten ringförmigen geneigten Fläche abwärts, so daß der Kolbenring gezwungen wird, mit seiner geneigten Ringfläche entlang der ersten geneigten ringförmigen Fläche der Kolbenringnute auswärts zu gleiten. Folglich wird die äußere Dichtungsfläche des Kolbenringes fest gegen die Innenwand des Zylinders gepreßt. Auf diese Weise kann der Kolbenring daran gehindert werden, daß er sich von der kontaktierenden Fläche der Nute löst, während der Kolben hin- und hergeht. Das verhindert seinerseits sehr wirksam das Lecken des Verbrennungsgases und verhindert auch, daß das Schmieröl in die Verbrennungskammer gelangt.

Der gespaltene Abschnitt des Kolbenringes ist stufenförmig ausgebildet, und die gespaltenen Enden überlappen sich. Dieser Aufbau in Verbindung mit dem dichten Kontakt zwischen der geneigten Ringfläche des Kolbenrings und der ersten ringförmigen geneigten Fläche der Kolbenringnute erhöht die Zuverlässigkeit beim Verhindern des Leckens des Verbrennungsgases und ebenso beim Behindern des Öls, durch den gespaltenen Abschnitt des Kolbenringes in die Verbrennungskammer zu gelangen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

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Figur 1 einen Vertikalschnitt einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtungτ

Figur 2 eine perspektivische Teilansicht des Hauptabschnitts der Dichtungseinrichtung der Figur 1;

Figur 3 einen Vertikalschnitt einer herkömmlichen Dichtungseinrichtung; und

Figur 4 eine perspektivische Teilansicht des Hauptabschnitts der in Figur 3 dargestellten Dichtungseinrichtung.

Wie Figur 1 zeigt, ist ein Kolben 13 in die Zylinderbohrung 12 eingesetzt, die in dem Zylinderblock 11 des hin- und hergehenden Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Der Motor weist eine Verbrennungskammer 14 oberhalb des Kolbens 13 und ein Kurbelgehäuse 15 unter dem Kolben 13 auf.

Dieser Kolben 13 weist eine Kolbenringnute 18 mit sich nach außen erweiterndem V-förmigen Querschnitt auf, die aus einer oberen und einer unteren ringförmigen geneigten Fläche 16 bzw. 17 besteht. In die Kolbenringnute 18 sind ein Kolbenring 19 und ein Hilfsring 20 eingebracht, der später beschrieben wird.

Die äußere Umfangsfläche des Kolbenringes 19 bildet eine Dichtungsfläche 21, die fest an der Zylinderwand 12 anliegt, und die innere Umfangsfläche bildet eine geneigte Ringfläche 22, die fest an der unteren ringförmigen geneigten Fläche 17 der Kolbenringnute 18 anliegt oder fest gegen sie drückt. Zwischen der oberen flachen Fläche 19' des Kolbenringes 19 und der oberen ringförmigen geneigten Fläche 16 der Kolben-

ringnute 18 ist der Hilfsring angeordnet, dessen obere ringförmige schräge Fläche 23 gleitend an der oberen rinförmigen geneigten Fläche 16 der Kolbenringnute 18 anliegt und dessen untere flache Fläche 24 an die obere Fläche 19' des Kolbenringes 19 anstößt.

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Der Hilfsring 20 ist aus elastischem Federmaterial gebildet, ist an einem Punkt aufgespalten und erhält eine Tendez zur Kontraktion nach innen. Also gleitet der Hilfsring 20 durch seine eigene Kompressionskraft einwärts sowie abwärts längs der oberen ringförmigen geneigten Fläche 16 der Kolbenringnute 18 mit dem Ergebnis, daß der Kolbenring 19 nach unten gezwungen wird, seine innere geneigte Ringfläche 22 abwärts sowie auswärts entlang der unteren ringförmigen geneigten Fläche 17 der Kolbenringnute 18 gleitet und die äußere Dichtungsfläche 21 des Kolbenringes 19 gegen die Innenwand der Zylinderbohrung 12 gepreßt wird. Daher ist die Verbrennungskammer 14 völlig gegen das Kurbelgehäuse 15 abgedichtet durch den dichten Kontakt zwischen der äußeren Dichtungsfläche 21 des Kolbenringes 19 und der Zylinderwand 12 sowie zwischen der geneigten Ringfläche 22 des Kolbenringes 19 und der unteren ringförmigen geneigten Fläche 17 der Kolbenringnute 18.

Wie in Figur 2 gezeigt, ist der Kolbenring 19 stufenförmig geschnitten, um ihm zu erlauben, sich nach außen aufzuweiten. Die geschnittenen Flächen 25 und 26 überlappen sich. Der dichte Kontakt zwischen der inneren geneigten Ringfläche 22 des Kolbenringes 19 und der unteren ringförmigen geneigten Fläche 17 der Kolbenringnute 18 verhindert, daß das Verbrennungsgas und das Schmieröl durch die Spalte 27 und 28 zwischen den Enden der geschnittenen Flächen 25 und 26 durchströmen.

Wenn der Motor läuft und der Kolben 13 in der Zylinderbohrung 12 auf und ab geht, wird der Kolbenring 19 ständig nach unten gedrückt durch den Gasdruck in der Verbrennungskammer 14 als auch durch die Kompressionskraft des Hilfsringes 20, so daß die innere geneigte Ringfläche 22 und die äußere Dichtungsfläche 21 des Kolbenringes 19 fest gegen die untere ringförmige geneigte Fläche 17 der Kolbenringnute 18 bzw. die

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Zylinderwand 12 gedrückt werden. Auf diese Weise wird nicht nur das Gas in der Verbrennungskammer 14 daran gehindert, in das Kurbelgehäuse durchzusickern, sondern es wird auch das Eindringen des Schmieröls in dem Kurbelgehäuse 15 in die Verbrennungskammer 14 blockiert.

Wenn sich bei dem Ansaughub des Motors der Kolben 13 rasch abwärts bewegt und der Druck in der Verbrennungskammer 14 steil abnimmt, neigt der Kolbenring 19 dazu, von der unteren ringförmigen geneigten Fläche 17 der Kolbenringnute 18 wegzutreiben. Diese Neigung wird jedoch unterdrückt durch die Kompressionskraft des Hilfsringes 20, und der Kolbenring wird in festem Kontakt mit der unteren ringförmigen geneigten Fläche 17 der Kolbenringnute 18 gehalten, so daß das Schmieröl in dem Kurbelgehäuse 15 daran gehindert werden kann, daß es in die Verbrennungskammer 14 hineingezogen wird.

Wenn der Außendurchmesser des Kolbenringes 19 sich aufgrund der thermischen Expansion und Abnutzung ändert, oder wenn der Spielraum d zwischen der äußeren Oberfläche des Kolbens 13 und der Zylinderbohrung 12 sich wegen Abnutzung der Zylinderbohrung 12 ändert, gleitet der Kolbenring 19 frei entlang der unteren ringförmigen geneigten Fläche 17 der Kolbenringnute 18, um sich selbst entsprechend diesen Änderungen zu verstellen. Daher kann die Verbrennungskammer 14 von dem Kurbelgehäuse 15 abgesondert und gegen dieses abgedichtet werden.

Die Dichtungseinrichtung der Erfindung hat ein sehr weites Anwendungsfeld und kann nicht nur in den Kolben von Verbrennungsmotoren verwendet werden, sondern auch bei jeder Art von Motoren mit hin- und hergehenden Kolben, wie zum Beispiel Stirlingmotoren.

Der Patentanwalt

J. (Utu

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Claims

Matsudo-shi, Chiba-ken / Japan Ansprüche:

1. Dichtungseinrichtung für hin- und hergehende Kolben von Motoren, bei welchen ein Kolbenring in einer Kolbenringnute des Kolbens angeordnet und gleitend in die Zylinderbohrung des Zylinderblocks eingepaßt ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Kolbenringnute (18) in den äußeren Umkreis des Kolbens (13) eingeschnitten ist, einen nahezu V-förmigen, sich nach außen erweiternden Querschnitt aufweist und auß einer ersten und einer zweiten ringförmigen geneigten Fläche (17,16) besteht, daß der Kolbenring (19) eine geneigte Ringfläche (22), die dicht an die erste ringförmige geneigte Fläche (17) der Kolbenringnute (18) anstößt, und eine äußere Dichtungsfläche (21) aufweist, die dicht gegen die Zylinderwand (12) stößt, und daß ein Hilfsring (20) vorgesehen ist mit einer ringförmigen schrägen Fläche (23), die an der zweiten ringförmigen geneigten Fläche (16) der Kolbenringnute (18) anliegt, sowie mit einer flachen Fläche (24), die an dem Kolbenring (19) anliegt, wobei der Hilfsring (20) die Tendenz hat, sich einwärts zu kontrahieren, wodurch er längs der zweiten geneigten Fläche (16) abwärts gleitet und bewirkt, daß die geneigte Ringfläche (22) des Kolbenringes (19) fest gegen die erste ringförmige geneigte Fläche (17) der Kolbenringnute (18) andrückt und daran auswärts gleitet, so daß die äußere Dichtungsfläche (21) des Kolbenringes (19) fest gegen die Zylinderwand (12) getrieben wird.

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2. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (19) stufenförmig geschnitten ist und die geschnittenen Abschnitte (25,26) sich überlappen.

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