DE4341386C2 - Dichtungseinheit für Kolben von Brennkraftmaschinen - Google Patents
Dichtungseinheit für Kolben von BrennkraftmaschinenInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/12—Details
- F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
Description
Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinheit für
Kolben von Brennkraftmaschinen mit einer im Feuersteg
des Kolbens angeordneten Ringnut mit konisch
ausgebildeter oberer Nutflanke zur Aufnahme eines mit
korrespondierender Flanke ausgebildeten Kolbenringes.
Gattungsgemäße Konstruktionen dienen da zu, Toträume im
Verbrennungsraum so klein wie möglich zu halten, um
den Anteil der unverbrannten Gase zu senken und damit
die Abgasemission positiv zu beeinflussen. Das beim
Betrieb von Brennkraftmaschinen entstehende Abgas
besteht im wesentlichen aus dem mit der
Verbrennungsluft zugeführten und an der Verbrennung
unbeteiligten Stickstoff sowie aus Kolbendioxid und
Wasser. Als eigentliche Schadstoffe werden die
Kohlenwasserstoffe angesehen. Die Kohlenwasserstoffe
im Abgas stammen aus Zonen, die nicht oder nur
unvollständig von der Verbrennung erfaßt werden. Eine
solche Zone ist zum Beispiel der Bereich oberhalb des
ersten Kompressionsringes zwischen Kolben und
Zylinderwand. Dieser Bereich wird am Kolben durch den
Feuersteg definiert. Das im Feuerstegbereich nur
unvollständig verbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch
enthält die Schadstoffe, die allgemein im Abgas als
HC-Emission bezeichnet werden. Um das
Schadstoffvolumen im Feuerstegbereich zu minimieren
werden die Spaltweiten zwischen Kolben und
Zylinderbohrung möglichst klein gehalten, dabei dürfen
jedoch gewisse Toleranzen nicht unterschritten werden,
damit der Kolben nicht an die Zylinderwand stößt. Der
verbleibende Spalt wurde bisher durch am Kolbenboden
angeordnete, meistens L-förmige Kolbenringe
verschlossen. Die Fachschrift K27 der Goetze AG zeigt
einen solchen Kolbenring. Der Ring ist mit seinem
unteren Schenkel in einer Ringnut mit entsprechendem
Spiel axial und radial beweglich angeordnet. Ein
längerer vertikaler Schenkel erstreckt sich in
Richtung des Kolbenbodens und wird mit Hilfe einer am
Kolbenringrücken angeordneten Schlauchfeder gegen die
Zylinderwand gepreßt. Da der Ring eine stark
unsymmetrische Querschnittsform aufweist, wird der
Ring in der Nut stark vertwistet. Überdies ist durch
die Schlauchfeder eine große radiale Nuttiefe
erforderlich, so daß der Kolbenquerschnitt geschwächt
wird.
Aus der GB-PS 1 132 508 oder DE-AS 19 42 133 ist eine
gattungsgemäße Dichtungseinheit zu entnehmen.
Der Nachteil dieser Konstruktion beruht darauf, daß im
Bereich des Feuersteges immer noch Spalten vorhanden
sind, in denen sich das Kraftstoff-Luftgemisch sammeln
kann. Dieser schädliche Raum ist Ursache für hohe HC-
Emissionen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
gattungsgemäße Dichtungseinheit im Hinblick auf die
Abgasemission zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst.
Auf diese Weise ist es möglich, einen Kolbenring im
Feuersteg einzusetzen, der nur geringfügig oder auch
gar nicht vertwistet, wobei gleichzeitig die Nuttiefe
klein gehalten werden kann. Darüber hinaus kann der
Kolbenring als spannungsloser Ring ausgebildet sein,
d. h., der Ring besitzt keine radial nach außen oder
inner wirkende Kraft. Die Anpressung an die
Zylinderwand erfolgt ausschließlich durch auf den Ring
einwirkende äußere Kraft, wie Massen-, Gas- oder
Stützfederkräfte. Auf diese Weise wird erreicht, daß
die bei einem unsymmetrischen Querschnitt auftretende
Vertwistung des Kolbenringes vermieden wird. Durch die
permanente Anlage des Kolbenringes an der im
Kolbenboden auslaufenden oberen Nutflanke kann kein
Kraftstoff-Luft-Gemisch hinter den Kolbenring
gelangen, so daß absolut kein schädliches Spaltvolumen
entstehen kann.
Alternativ kann die der konischen Nutflanke
gegenüberliegende untere Nutflanke ebenfalls konisch
verlaufen, so daß auf dieser Flanke ein zweiter
Kolbenring mit korrespondierender Flanke eingesetzt
werden kann. Vorzugsweise weist mindestens einer
dieser Kolbenringe eine radial nach innen wirkende
Kraft auf, wodurch der jeweils andere Ring über die
konische Nutflanke radial gegen die Zylinderwand
gepreßt wird.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß ist
zwischen dem ersten und zweiten Kolbenring eine radial
nach innen spannende Stützfeder mit trapezförmigem
Querschnitt angeordnet. Diese preßt die
spiegelsymmetrischen Kolbenringe radial gegen die
Zylinderwand.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles
in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 erfindungsgemäßer Kolben im Halbschnitt,
Fig. 2 Ausschnitt eines Kolbens gemäß Fig. 1
mit erfindungsgemäßem Kolbenring,
Fig. 3 alternative Ausbildung gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine weitere Ausbildung gemäß Fig. 3.
Die erfindungsgemäße Dichtungseinheit besteht aus
einem Kolben (1) gemäß Fig. 1 mit mehreren in den
Ringnuten (2) für Kolbenringe (13). Der Kolben weist
im oberen Bereich, d. h. im Feuerstegbereich, eine
Ringnut (3) auf, die eine obere konische Flanke (4)
und eine untere konische Flanke (5) besitzt. Die obere
Flanke (4) läuft etwa im Kolbenboden (6) aus.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, kann die untere
Flanke (5′) auch horizontal verlaufen. In der auf
diese Weise ausgebildeten Ringnut (3′) erstreckt sich
ein mit der Flanke (4) in Gleitkontakt stehender
Kolbenring (7) mit ebenfalls konischer Flankenfläche
(8).
Mit Hilfe einer Stützfeder (9), die sich über einen
zweiten Kolbenring (10) axial abstützt, wird der
Kolbenring (7) entlang der Flanke (4) gegen die
Zylinderwand (11) gedrückt. Die im Kolbenboden (6)
auslaufende Flanke (4) erlaubt, daß die Flanke (8) des
Kolbenringes (7) bis etwa in Höhe des Kolbenbodens (6)
sich erstreckt. Auf diese Weise ist das Volumen
zwischen Zylinderwand (11) und Kolben (1) im
Feuerstegbereich ausgefüllt, und es kann kein
Kraftstoff-Luftgemisch in diesen Bereich eintreten.
Die im Abgas sich ergebende HC-Emission wird hierdurch
stark reduziert.
Die Fig. 3 zeigt die Anordnung von
spiegelsymmetrischen Kolbenringen (7, 12), wobei der
untere Kolbenring (12) als radial innenspannender und
der obere Kolbenring (7) als spannungsloser Kolbenring
ausgebildet ist. Der untere Kolbenring (12) preßt den
oberen Kolbenring (7) über die Flanken (4, 5) gegen
die Zylinderwand (11).
In der Fig. 4 ist eine weitere Ausgestaltung der
Erfindung dargestellt. Eine trapezförmige Stützfeder
(14) stützt sich axial an korrespondierenden
Flankenflächen der Kolbenringe (7′, 12′) ab und preßt
diese aufgrund ihrer radial nach innen gerichteten
Spannkraft axial auseinander, so daß sie entlang der
Flankenfläche (4, 5) in Richtung der Zylinderwand (11)
gedrückt werden.
Claims (7)
1. Dichtungseinheit für Kolben von
Brennkraftmaschinen mit einer im Feuersteg des
Kolbens angeordneten Ringnut mit konisch
ausgebildeter oberer Nutflanke zur Aufnahme eines
mit korrespondierender Flanke ausgebildeten
Kolbenringes, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ringnut (3) im Kolbenboden ausläuft, daß
innerhalb der Ringnut (3, 3′) eine Stützfeder (9,
14) angeordnet ist, die den Kolbenring (7, 7′)
axial nach oben gegen die konische Nutflanke (4)
preßt, so daß ein Bereich der Kolbenringflanke
(8) sich permanent etwa bis in Höhe des
Kolbenbodens (6) erstreckt.
2. Dichtungseinheit nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (7,
7′) als spannungsloser Ring ausgebildet ist.
3. Dichtungseinheit nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die der konischen Nutflanke (4) gegenüberliegende
untere Flanke (5) ebenfalls konisch ausgebildet
ist.
4. Dichtungseinheit nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
auf der Flanke (5) ein zweiter, mit
korrespondierender Flanke ausgebildeter
Kolbenring (12, 12′) anliegt.
5. Dichtungseinheit nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
einer der Kolbenringe (7, 12) radial nach innen
spannend ausgebildet ist.
6. Dichtungseinheit nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
axial zwischen dem ersten (7, 7′) und zweiten
(12, 12′) Kolbenring eine radial nach innen
spannende Stützfeder (14) angeordnet ist.
7. Dichtungseinheit nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stützfeder (14) einen
trapezförmigen Querschnitt aufweist.
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DE (1) | DE4341386C2 (de) |
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- 1993-12-04 DE DE19934341386 patent/DE4341386C2/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: AE GOETZE GMBH, 51399 BURSCHEID, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
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