DE60022031T2

DE60022031T2 - Kolben und kolbenring-zusammenbau

Info

Publication number: DE60022031T2
Application number: DE60022031T
Authority: DE
Inventors: Zhihong Zhengzhou City 450007 Zhu; Baodong Zhengzhou City Wang
Original assignee: Zhu Zhihong Zhengzhou
Current assignee: Zhu Zhihong Zhengzhou
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: WO2000075501A1; DE60022031D1; JP2003501594A; KR100574568B1; ATE302337T1; EP1184558A4; EP1184558B1; AU4909200A; KR20020021647A; EP1184558A1; JP3859511B2; US7044473B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben und einen Kolbenring.
Stand der Technik
Es gibt einen konventionellen Kolben, der ein paar von Dichtungs-Ringen aufweist, die einen oberen Ring und einen unteren Ring aufweisen, wie beispielsweise im Dokument US-A-2938758 offenbart. Der Kolben bewegt sich wechselseitig in einem Zylinder auf und ab, welcher eine zylindrische Wand aufweist, auf welcher die Ringe gleiten, während sie mit Öl geschmiert werden. Wenn der untere Ring nach unten gleitet, schabt oder wischt er etwas von dem Öl von der Wand, welches sich unter dem äußeren unteren Rand des unteren Ringes ansammelt und baut einen hohen Druck auf. In der Zwischenzeit wird eine ringförmige Lücke zwischen der unteren ringförmigen Seitenfläche des unteren Rings und der oberen ringförmigen Wand einer Ring-Aussparung erzeugt, welche in dem Kolben zur Aufnahme der oberen und unteren Ringe ausgebildet ist. Eine Verbrennungskammer ist normalerweise zwischen dem oberen Ende des Kolbens und dem Zylinder vorgesehen. Das angesammelte Öl wird unter dem hohen Druck durch die ringförmige Lücke und eine rückseitige Lücke, die zwischen der inneren zylindrischen Oberfläche der Ringe und der Unterseite der Aussparung vorgesehen ist, in die Verbrennungskammer hinein gezwängt. Dadurch wird das Öl in der Kammer ausgebrannt, was zusätzlich zu einer Verschwendung des Öls die Atmosphäre verschmutzt.
Zusammenfassung der Erfindung
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Paar von Dichtungs-Ringen vorzusehen, die ein besseres Leistungsverhalten hinsichtlich der Abdichtung von Verbrennungsgas und Öl aufweisen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Paar von Dichtungs-Ringen zum Abbau eines in abgeschabtem Öl aufgebauten Drucks vorzusehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Paar von Dichtungs-Ringen vorgesehen, aufweisend einen oberen Dichtungs-Ring und einen unteren Dichtungs-Ring, wobei die Ringe eine gemeinsame Achse, eine gemeinsame äußere zylindrische Oberfläche, eine gemeinsame innere zylindrische Oberfläche und ein Paar von stirnseitigen Oberflächen haben, wobei die stirnseitigen Oberflächen einander entlang einem sich radial erstreckenden Teil der Dichtungs-Ringe kontaktieren, um eine Angriffs-Länge zu bilden, die ein radial äußeres Ende und ein radial inneres Ende hat, wobei die stirnseitigen Oberflächen und die gemeinsame äußere zylindrische Oberfläche zwischen sich eine keilförmige Lücke mit einer radial einwärts gerichteten führenden Kante an dem äußeren Ende der Angriffs-Länge definieren und wobei das äußere Ende der Angriffs-Länge weiter von der gemeinsamen äußeren zylindrischen Oberfläche beabstandet ist als von der gemeinsamen inneren zylindrischen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial einwärts gerichtete führende Kante einen Winkel in einem Bereich von 10 Sekunden bis 1 Grad und 30 Sekunden definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen axialen Abschnitt eines Kolbens, der in einer Ring-Aussparung mit einem Paar von Dichtungs-Ringen gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;
2 zeigt eine Draufsicht einer Anordnung der Dichtungs-Ringe aus 1;
3 zeigt eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine bevorzugte Anordnung der Dichtungs-Ringe; und
5 zeigt einen teilweise aufgebrochenen Abschnitt aus 3, welcher eine Betätigung der Ausführungsform darstellt.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Die 1 und 2, welche nicht der vorliegenden Erfindung entsprechen, zeigen einen Kolben 8, welcher eine erste Ring-Aussparung zur Aufnahme eines Paares gasdichter oberer und unterer Ringe 1 und 2 und eine zweite Ring-Aussparung zur Aufnahme eines Öl-Schaber-Rings 10 umfasst. In der Draufsicht weist der obere Dichtungs-Ring 1 einen rechteckigen Ausschnitt auf, während der untere Dichtungs-Ring 2 einen radial abgestuften Ausschnitt aufweist, und sie sind so Seite an Seite angeordnet, dass ihre Ausschnitte sich diametral gegenüberliegend positioniert sind (wie in 2 gezeigt). Der Kolben bewegt sich wechselseitig in einem Zylinder auf und ab, welcher eine Verbrennungskammer oberhalb des oberen Endes des Kolbens definiert. Im Besonderen der untere Dichtungs-Ring 2 weist einen äußeren unteren Rand auf, welcher Öl von einer zylindrischen Wand des Zylinders schabt oder wischt, wenn sich der Kolben nach unten bewegt. Das abgeschabte Öl fließt in die Aushöhlung 7 wie dargestellt, während eine seitliche Lücke 9 zwischen der Unterseite des unteren Dichtungs-Rings 2 und der unteren Wand der Aussparung erzeugt wird. Da die Aushöhlung angrenzend an die untere Wandfläche der ersten Ringsaussparung oder die seitliche Lücke vertieft ist oder einen engeren Abschnitt am Scheitelpunkt der Vertiefung hat, wird der Druck so in der Aushöhlung verteilt, dass die Kerbe 5 des unteren Rings 2 einen höheren Druck beinhaltet, als die im Kolben 8 ausgebildete Kerbe 6. Da das abgeschabte Öl durch den verengten Abschnitt der Aushöhlung unter dem unterschiedlichen Druck von Kerbe 5 zur Kerbe 6 fließt, ist die seitliche Lücke 9 einem reduzierten Druck unterworfen, welcher aus der seitlichen Lücke 9 das darin angesammelte Öl saugt, um zu verhindern, dass das Öl in die Verbrennungskammer läuft. Andererseits ist die Aushöhlung konstruiert, ein ausreichendes Volumen aufzuweisen, um ungehindert jegliches Öl einzusammeln, welches abgeschabt werden mag, so dass in der Aushöhlung 7 kein hoher Druck aufgebaut wird. Daher wird das abgeschabte Öl nicht durch die Lücken unter Umgehung der Ringe in der Aussparung in die Verbrennungskammer gezwängt. Im Ergebnis weist die vorliegende Erfindung eine verminderte Ölverschwendung und eine reduzierte Verschmutzung auf.
In einer technischen Lösung des Standes der Technik ist ein Kolben mit einem Paar konventioneller Dichtungs-Ringe versehen. Aufgrund der begrenzten Berührungsfläche für den Wärmeaustausch sind die Ringe einer hohen Temperatur und einer schlechten Schmierung unterworfen, so dass sie häufig verschleißen würden.
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung mit einer reduzierten Reibung zwischen der Zylinderwand und den Dichtungs-Ringen und einem reduzierten Öl- und Benzinverbrauch versehen ist und damit mit einem wesentlich effizienteren Leistungsverhalten.
Da die vorliegende Erfindung eine effiziente Wärmedissipation oder -übertragung vom Kolben und den Dichtungs-Ringen vorsieht sowie eine bessere Schmierung zwischen den Ringen und der Zylinderwand, weisen die vorliegenden Ringe eine doppelt so lange Lebensdauer auf, wie die eines konventionellen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden im Detail beschrieben.
Wie in 3 dargestellt, ist ein Kolben mit einem Paar Gas-Dichtungs-Ringe und einem Öl-Schaber-Ring versehen. Die Gas-Dichtungs-Ringe sind in einer ersten in dem Kolben ausgebildeten Aussparung aufgenommen, wobei deren Ausschnitte sich diametral gegenüberliegend und von einem Kolbenbolzen des Kolbens weg versetzt angeordnet sind.
Wie in 4 dargestellt, ist diese Ausführungsform mit einem Paar Gas-Dichtungs-Ringe versehen, welche einen oberen Ring 1 und einen unteren Ring 2 aufweisen, welche beide einen rechteckigen radialen Abschnitt bilden, wenn sie an einem Kolben montiert sind. Eine keilförmige Lücke ist zwischen den Ringen radial einwärts von deren äußeren zylindrischen Oberflächen mit einem Winkel im Bereich von 10 Sekunden bis 1 Grad und 30 Sekunden ausgebildet. Es wird bevorzugt, dass ein solcher Winkel in einem Bereich von 30 Sekunden bis einem Grad und 30 Sekunden liegt oder weiter vorzugsweise von 10 Sekunden bis 1 Grad.
Andererseits wird immer noch bevorzugt, dass eine weitere keilförmige Lücke zwischen den Ringen radial auswärts von deren inneren zylindrischen Oberflächen mit einem Winkel in einem Bereich von 2 Grad bis 7 Grad und 30 Sekunden, weiter vorzugsweise von 2 bis 6 Grad, ausgebildet ist. Daher liegen zwei keilförmige Lücken 22 und 23 in einem radialen Abschnitt der Dichtungs-Ringe vor, wobei deren spitzwinklige Scheitelpunkte radial spitz aufeinander zulaufen. Die radial äußere Lücke weist eine größere radiale Länge auf als die innere. Es wird bevorzugt, dass Erstere radial mindestens zehnmal solang ist wie Letztere. Des Weiteren ist ein Drehpunkt zwischen den spitzwinkligen Scheitelpunkten vorgesehen, um den oberen und unteren Dichtungs-Ringen zu ermöglichen, ein wenig gegeneinander zu verschwenken. Augenscheinlich ist der Drehpunkt radial näher an der inneren zylindrischen Oberfläche des Paares Dichtungs-Ringe als an der äußeren.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen oberen Ring 1 auf, welcher einen mehreckigen radialen Abschnitt bildet, und einen unteren Ring 2, welcher einen rechteckigen radialen Abschnitt annimmt. Es ist eine weitere ringförmige Lücke 9' zwischen der oberen Seitenfläche des oberen Rings und der oberen Wand der Aussparung vorgesehen und eine rückseitige Lücke 9'', die zwischen den Ringen und dem radialen unteren Bereich der Aussparung ausgebildet ist.
In einem Motor gemäß der vorliegenden Erfindung wirken der vorliegende Kolben und die vorliegenden Dichtungs-Ringe in der folgenden Art und Weise:
In einem Ansaughub, in dem der Kolben von einem oberen toten Mittelpunkt eines Arbeitszyklus am Abschluss eines Auslasshubs zurückkehrt, bewegt sich der Kolben in Richtung eines unteren toten Mittelpunkts davon, während der obere Ring 1 den abgelagerten Kohlenstoff aus der Lücke 9' heraus drückt. Zur gleichen Zeit bilden die obere Seitenfläche des oberen Dichtungs-Rings und die untere Seitenfläche des unteren Dichtungs-Rings, welche an den oberen und unteren Wänden der Aussparung anliegen, Dichtmittel, um jeglichen wesentlichen Ölfluss aus der seitlichen Lücke 9 in die rückseitige Lücke 9'' zu blockieren. In dem vorliegenden Hub bilden die Dichtungs-Ringe und die Ring-Aussparung automatisch ein Dichtmittel, um jegliches Austreten von Verbrennungsgas aus der Verbrennungskammer und von Öl in die Kammer zu blockieren.
In einem Kompressionshub bewegt sich der Kolben von dem unteren toten Mittelpunkt zum oberen toten Mittelpunkt, nachdem der Ansaughub abgeschlossen ist, während der untere Ring 2 Öl radial zur Zylinderwand aus der seitlichen Lücke 9 nach außen drückt. Die untere Seitenfläche des unteren Dichtungs-Rings 2 und die untere Wand der Aussparung werden zur Bildung eines Dichtmittels gegeneinander gedrängt, während der radial innere obere Rand des oberen Rings 1 zur Bildung eines weiteren Dichtmittels gegen die obere Wand der Aussparung gedrängt wird, wobei jene Dichtmittel jegliches wesentliche Austreten von komprimierter Luft in der Kammer unterbinden.
In einem Arbeitshub bewegt sich der Kolben, nachdem der Kompressionshub beendet ist, vom oberen toten Mittelpunkt zum unteren toten Mittelpunkt nach unten. Sobald ein Gemisch aus Luft und Benzin in der Verbrennungskammer gezündet wird, liegt ein stark angestiegener Druck in der Kammer vor, welcher auf den oberen Teil des Kolbens und die obere Seitenfläche des oberen Dichtungs-Rings einwirkt. Dies führt natürlich zu einem hohen Druck in der rückseitigen Lücke 9'', welcher den oberen Dichtungs-Ring gegen die Zylinderwand drängt, um Gleiten oder Vibrieren des Rings zu verhindern, wobei jegliches wesentliche Austreten von Verbrennungsgas vermieden wird.
In einem Auslasshub, wenn sich der Kolben, nachdem der Arbeitshub beendet ist, von dem unteren toten Mittelpunkt nach oben zu dem oberen toten Mittelpunkt bewegt, wirken die Dichtungs-Ringe in der gleichen Art und Weise wie in dem Kompressionshub.
Aus den obigen Darstellungen jener Hübe ist offensichtlich, da ein Spielraum jeweils zwischen den Aussparungswänden und den Dichtungs-Ringen vorgesehen ist, dass die oberen und unteren Ringe 1 und 2 zur Ausbildung von Dichtmitteln in Bezug auf den Kolben oder die Aussparung beweglich sind, um jegliches wesentliche Austreten von Öl in die Kammer sowie Gas daraus zu verhindern. Des Weiteren weisen die vorliegenden Ringe eine lange Lebensdauer und ein exzellentes Leistungsverhalten auf.

Claims

Paar von Dichtungs-Ringen, aufweisend einen oberen Dichtungs-Ring (1) und einen unteren Dichtungs-Ring (2), wobei die Ringe eine gemeinsame Achse, eine gemeinsame äußere zylindrische Oberfläche, eine gemeinsame innere zylindrische Oberfläche und ein Paar von stirnseitigen Oberflächen haben, wobei die stirnseitigen Oberflächen einander entlang einem sich radial erstreckenden Teil der Dichtungs-Ringe (1, 2) kontaktieren, um eine Angriffs-Länge zu bilden, die ein radial äußeres Ende und ein radial inneres Ende hat, wobei die stirnseitigen Oberflächen und die gemeinsame äußere zylindrische Oberfläche zwischen sich eine keilförmige Lücke (22) mit einer radial einwärts gerichteten führenden Kante an dem äußeren Ende der Angriffs-Länge definieren und wobei das äußere Ende der Angriffs-Länge weiter von der gemeinsamen äußeren zylindrischen Oberfläche beabstandet ist als von der gemeinsamen inneren zylindrischen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial einwärts gerichtete führende Kante einen Winkel in einem Bereich von 10 Sekunden bis 1 Grad und 30 Sekunden definiert.
Paar von Dichtungs-Ringen gemäß Anspruch 1, wobei die stirnseitigen Oberflächen eine zweite keilförmige Lücke (23) mit einer radial auswärts gerichteten führenden Kante an dem inneren Ende der Angriffs-Länge definieren, wobei die radial auswärts gerichtete führende Kante einen zweiten Winkel in einem Bereich von 2 Grad bis 7 Grad 30 Sekunden definiert.
Paar von Dichtungs-Ringen gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zuerst erwähnte Winkel in dem Bereich von 10 Sekunden bis 1 Grad liegt.
Paar von Dichtungs-Ringen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Winkel in einem Bereich von 2 bis 6 Grad liegt.
Paar von Dichtungs-Ringen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zuerst erwähnte keilförmige Lücke eine radiale Länge hat, die zumindest zehnmal so groß wie die der zweiten keilförmigen Lücke ist.