DE2933674C2

DE2933674C2 - Dichtungseinrichtung für hin- und hergehende Kolben von Motoren

Info

Publication number: DE2933674C2
Application number: DE2933674A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Matsudo Chiba Arai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1979-08-20
Publication date: 1982-04-08
Also published as: US4280708A; DE2933674A1; JPS5530507A

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung für einen Kolben, der in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors hin- und hergeht, mit einer Kolbenringnut, in welcher ein Kolbenring und ein Hilfsring mit Innenspannung angeordnet sind, wobei die Außenfläche des Kolbenringes in Dichtungskontakt mit der Zylinderwand und seine eine Seitenfläche in Dichtungskontakt mit einer Dichtungsfläche der Kolbenringnut steht und wobei der Hilfsring eine konische Fläche in Gleitkontakt mit einer konischen Fläche der Kolbenringnut sowie eine ebene Fläche in Gleitkontakt mit der anderen Seitenfläche des Kolbenringes aufweist.

Bei einer Dichtt.ngseinrichtung für einen Kolben in einem Zylinder ist es erforderlich, das dichte Anliegen eines Kolbenringes an den Seitenflächen einer Kolbenringnut bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens zu jedem Zeitpunkt sicherzustellen. Um dies zu erreichen, sind bei einer bekannten Dichtungseinrichtung der eingangs genannten Art (DE-PS 9 62 298) ein Kolbenring von rechteckigem Querschnitt und ein Hilfsring von trapezförmigem Querschnitt in einer Kolbenringnut mit einer ebenen und einer konischen Dichtungsfläche angeordnet; der Hilfsring liegt mit seiner konischen Fläche an der konischen Dichtungsfläche der Kolbenringnut und mit seiner ebenen Seitenfläche an dem Kolbenring an, hat aufgrund seiner Vorspannung die Tendenz, sich zusammenzuziehen, gleitet dabei an der konischen Dichtungsfläche und drückt folglich den Kolbenring gegen die ebene Dichtungsfläche der Kolbenringnut. Um den Auflagedruck des Kolbenringes an der Zylinderwand zu erhöhen, ist der Hilfsring durchlöchert, wodurch der Gasdruck in den Hohlraum zwischen dem Boden der Kolbenringnut und der Innenseite des Kolbenringes gelangt.

Diese bekannte Dichtungseinrichtung hat den Nachteil, daß der Kolbenring aus elastischem Material bestehen muß, um die durch den Gasdruck gelieferte Ausdehnungskraft wirksam werden zu lassen, und daß dennoch ein Verschleiß des Kolbenringes kaum ausgeglichen wird und sich somit die Abdichtung im Lauf der Nutzung verschlechtert.

Bei einer anderen bekannten Dichtungseinrichtung (AT-PS 1 56 059) sind zur Erzielung der beidseitigen Abdichtung ein »wirksamer« Ring und ein »kompensierender« Ring von jeweils trapezförmigem Querschnitt in einer Kolbenringnut mit rechteckigem Querschnitt angeordnet; die Ringe liegen mit ihren ebenen Seitenflächen an den DichtungsP.ächen der Kolbenringnut an und mit ihren konischen Flächen aneinander, wobei das Anliegen durch die Elastizität beider Ringe sichergestellt wird und ein hoher Auflagedruck des »wirksamen« Ringes an der Zylinderwand durch eine

ίο Verbindung des Nutenraumes hinter den Ringen mit dem Hochdruckraum des Zylinders erzielt wird. Dieser bekannten Dichtungseinrichtung haften de gleichen Nachteile an wie der erstgenannten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Dichtungswirkung bis zu einem gewissen Verschleiß voll erhalten bleibt, und zwar dadurch, daß der Kolbenring mechanisch durch den Hilfsring mit einer radialen Kraft beaufschlagt wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtungsfläche der Kolbenringnut und die mit ihr in Dichtungskontakt stehende eine Seitenfläche des Kolbenringes konisch ausgebildet sind und zu der dem Hilfsring zugeordneten konischen Fläche der Kolbenringnut entgegengesetzt konisch sind.

Bei der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung weist die Kolbenringnut also zwei konische Flächen auf, die im Schnitt eine V-Form bilden. Dc vorgespannte Hilfsring gleitet an der einen konischen Fläche radial einwärts und drückt gegen den Kolbenring, der auf diese Weise erstens gegen die andere konische Fläche und zweitens durch Gleiten an dieser in Radialrichtung nach außen gegen die Zylinderwand gedrückt wird. Der Kolbenring dichtet also gut bei hin- und hergehendem Kolben, und seine Durchmesserverminderung durch Verschleiß wird durch Nachschieben ausgeglichen, so daß sich eine relativ lange Nutzungsdauer ergibt.

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

Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung; und

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht des Hauptabschnitts der Dichtungseinrichtung der F i g. 1.
Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Kolben 13 in die Zylinderbohrung 12 eingesetzt, die in dem Zylinderblock 11 eines 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 Kolbenringnut 18 mit sich nach außen erweiterndem V-förmigen Querschnitt auf, die aus einer oberen und einer unteren ringförmigen geneigten konischen Fläche 16 bzw. 17 besteht. In die Kolbenringnut 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 Kolbenringnut 18 anliegt oder fest gegen sie drückt. Zwischen der oberen flachen Fläche 19' des Kolbenringes 19 und der oberen ringförmigen geneigten Fläche 16 der Kolbenringnut 18 ist der Hilfsring 20 angeordnet, dessen obere ringförmige schräge Fläche 23 gleitend an der oberen ringförmigen geneigten Fläche 16 der Kolbenringnut 18 anliegt und dessen untere flache Fläche 24 an die obere Fläche 19' des Kolbenringes 19 anstößt.

Der Hilfsring 20 ist aus elastischem Federmaterial gebildet, ist an einem Punkt aufgespalten und erhält eine Tendenz zur Kontraktion nach innen. Also gleitet der Hilfsring 20 durch seine eigene Kompressionskraft einwärts sowie abwärts längs der oberen ringförmigen geneigten Fläche 16 der Kolbenringnut 18 mit dem Ergebnis, daß der Kolbenring 19 nach .inten gezwungen wird, seine innere geneigte Ringfläche 22 abwärts sowie auswärts entlang der unteren ringförmigen geneigten Fläche 17 der Kolbenringnut 18 gleitet und die äußere Dichtungsfiiehe 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 äußerer. 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 Kolbenringnut 18.

Wie in Fig.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 Kolbenringnut 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 gedruckt sowohi 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 Kolbenringnut 18 bzw. die Zylinderwand 12 gedruckt 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 Kolbenringnut 18 wegzutreiben Diese Neigung wird jedoch unterdrückt durch die Kompressionskraft des Hilfsringes 20, und der Kolbenring 19 wird in festem Kontakt mit der unteren ringförmigen geneigten Fläche 17 der Kolbenringnut 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 Zylinderbohning 12 ändert, gleitet der Kolbenring 19 frei entlang der unteren ringförmigen geneigten Fläche 17 der Kolbenringnut 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 beschriebene Dichtungseinrichtung 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 bei Stirlingmotoren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Dichtungseinrichtung für einen Kolben, der in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors hin- und hergeht, mit einer Kolbenringnut, in welcher ein Kolbenring und ein Hilfsring mit Innenspannung angeordnet sind, wobei die Außenfläche des Kolbenringes in Dichtungskontakt mit der Zylinderwand und seine eine Seitenfläche in Dichtungskontakt mit einer Dichtungsfläche der Kolbenringnut steht und wobei der Hilfsring eine konische Fläche in Gleitkontakt mit einer konischen Fläche der Kolbenringnut sowie eine ebene Fläche in Gleitkontakt mit der anderen Seitenfläche des Kolbenringes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfläche (17) der Kolbenringnut (18) und die mit ihr in Dichtungskontakt stehende eine Seitenfläche (22) des Kolbenringes (19) konisch ausgebildet sind und zu der dem Hilfsring (20) zugeordneten konischen Fläche (16) der Kolbenringnut entgegengesetzt konisch sind.