WO2004003370A1

WO2004003370A1 - Kolbenmotor

Info

Publication number: WO2004003370A1
Application number: PCT/IB2003/002517
Authority: WO
Inventors: Daniel Cech
Original assignee: Daniel Cech
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2004-01-08
Also published as: WO2004003356A1; AU2003239282A1; AU2002368061A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolbenmotor, insb. Verbrennungsmotor mit einer geradlinigen, rotierenden oder kreisenden Bewegung des in einem Gehäuse beweg baren Kolbens, mit einem im Kolben angeordneten Innenkanalsystem, dem Flüssig,s keit unter Druck zugeführt wird and das in der Umfassungswand des Kolbens mindestens eine Mündung aufweist. Zwischen der Kolbenumfassungswand and dem Gehäuse ist ein freier, eine Umfassungslücke bildender Zwischenraum vor gesehen. Die Flüssigkeit ist eine Kühlflüssigkeit.

Description

CECH, Daniel Mierovä 1 742

02201 Cadca Slowakische Republik

Kolbenmotor

Bereich der Technik

Die Erfindung betrifft einen Kolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 .

Stand der Technik

Gegenwärtig werden zur Abdichtung der Stoßflächen zwischen dem sich bewegenden Kolben und der Arbeitsraumwand oder des Gehäuses des Kolbenmotors Kolbenringe benutzt. Diese Lösung braucht Öl, das zur Schmierung und gleichzeitig zur Abdichtung dient. Bei dieser Abdichtungs- und Kühlungsart entstehen Verluste durch Reibung zwischen dem Kolben und der Arbeitsraumwand des Kolbenmotors. Es entstehen auch Ölverluste des zur Schmierung der Stoßflächen verwendeten Öls. Das Öl wird schrittweise durch die hohe Temperatur und den während der Arbeit des Kolbenmotors entstandenen Schmutzes entwertet, und es ist bei einem gewissen Verschmutzungsgrad erforderlich, das Öl zu wechseln. Die Arbeitsraumwand muß von der Außenseite durch den Wärmeübergang durch die Gehäusewand so gekühlt werden, dass es zu keiner Überhitzung des Öls und Materials der Arbeitsraumwand des Kolbenmotors kommt. Bei dieser Kühlungsart des Kolbenmotors mit Innenverbrennung wird die Wärme aus dem Arbeitsraum abgeführt, wodurch der Wirkungsgrad des Motors vermindert wird.

Durch die DE 41 2323 ist eine Großgasmaschine mit Verdampfung des Kühlmantelwassers bekannt, bei der das zur Schmierung des Kolbens verwendete Öl als auch das zur Kühlung des Kolbens verwendete Wasser über ein in der Kolbenstange und im Kolben vorgesehenes Innenkanalsystem zugeführt wird. Das Öl gelangt dabei zwischen die mit Kolbenringen versehene Außenfläche des Kolbenmantels und die Gehäuse- bzw. Zylinderwand und wird über den Arbeite- bzw. Verbrennungsraum in den Auspuff abgeleitet, während das Kühlwasser in einem inneren Kreislauf zirkuliert. Der Nachteil einer derartigen Anordnung liegt darin, dass der Kolben die Zylinderwand berührt und dass damit Kolben und Zylinder trotz der Schmierung einem beachtlichen Verschleiß unterworfen sind.

Durch die US 3777621 ist ferner ein doppelt wirkender Servomotor mit einem Zylinder und einem Kolben mit Kolbenstange bekannt, wobei sich an jede Kolbenstirnwand ein Arbeitsraum anschließt und der frei im Zylinder angeordnete Kolben mittels eines über eine Ventilvorrichtung zugeführten und unter Druck stehenden Arbeitsmediums gesteuert wird. Der Kolben und die Kolbenstange weisen ein Innenkanalsystem mit mindestens einer Mündung in der Außenfläche des Kolbenmantels auf. Über dieses Innenkanalsystem wird das Arbeitsmedium aus den beiden Arbeitsräumen nach außen abgeführt. Wenn die Zufuhr des Arbeitsmediums in beide Arbeitsräume durch das Ventil unterbrochen wird, kann es trotz einer vorgesehenen Kompensation vorkommen, dass das Arbeitsmedium je nach Belastung des Servmotors oder wegen des Ungleichgewichts der hydraulischen Widerstände in den Zwischenräumen zwischen Zylinder und Kolben bzw. Kolbenstangen ungleichmäßig entweicht, so dass sich der Kolben selbst dann bewegt, wenn er eigentlich stehen sollte. Ferner ist nachteilig, dass nicht immer eine Arbeitsweise gelingt, bei der der Kolben den Zylinder nicht berührt.

Schließlich ist durch die US 4672921 ein Kolbenmotor bekannt, dessen Kolben, Kolbenstange und Kurbelwelle mit einem Innenkanalsystem versehen sind, über das einer ringförmigen Nut in der Außenfläche des Kolbenmantels ein Schmiermittel zugeführt wird, wobei der Kolben mit Kolbenringen versehen ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kolbenmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem auf einfache Weise sowohl der Verschleiß des Kolbens und Zylinders verhindert wird als auch Kolben und Zylinder gekühlt werden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Zwischen Kolbenmantel und Gehäusewand wird unter Druck ein Kühlmittel ge- presst, so dass Kolbenmantel und Gehäuse sich nicht berühren und gleichzeitig Kolben und Gehäusewand gekühlt werden. Gemäß einer vorteilhaften, weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Kolbenumfassungswand des mit einer geraden Kolbenbewegung arbeitenden Kolbenmotors mindestens einen Vorsprung auf, der die Umfassungslücke einschränkt.

Gemäß einer vorteilhaften, weiteren Ausbildung der Erfindung ist bei einem mit einer rotierenden Kolbenbewegung arbeitenden Kolbenmotor vorgesehen, dass das Innenkanalsystem durch eine Längsöffnung und mindestens eine mit dieser verbundenen Queröffnung gebildet ist, die in der Kolbenumfassungswand mündet, und dass die Längsöffnung mit einer in einem Ring des Kolbens angeordneten Umfassungsverteilungsnut verbunden ist.

Gemäß einer vorteilhaften, weiteren Ausbildung der Erfindung ist bei dem mit einem rotierenden Kolben arbeitenden Kolbenmotor mindestens eine Queröffnung in jedem Segment des Kolbens vorgesehen und mit mindestens einer Verteilungsnut in der Umfassungswand verbunden. Vorzugsweise umfasst die Kolbenumfassungswand mindestens eine Dichtungsnut.

Gemäß einer vorteilhaften, weiteren Ausbildung der Erfindung zeichnet sich der mit einem kreisenden Kolben arbeitende Kolbenmotor dadurch aus, dass Seitenlücken zwischen dem Gehäuse und Seitenwänden des Kolbens vorgesehen sind, dass eine Umfassungsverteilungsnut im Innenumfang des Kolbens vorgesehen und über Längsöffnungen mit mindestens drei Queröffnungen verbunden ist und dass jede Queröffnung mit einer Verteilungsnut an der Spitze des Kolbens und mit mindestens zwei Paaren von an den Seitenwänden des Kolbens angeordneten Seitenverteilungsnuten verbunden ist.

Gemäß einer vorteilhaften, weiteren Ausbildung der Erfindung wird die dem Zwischenraum zugeführte Kühlflüssigkeit über den Arbeitsraum des Kolbenmotors in mindestens einen Kondensator geleitet. Dadurch lässt sich Kühlflüssigkeit einsparen.

Die Lösung gemäß der Erifndung hat folgende Vorteile: zwischen dem Kolben und dem Gehäuse des Kolbenmotors befindet sich eine mit der Flüssigkeit gefüllte Lücke, wodurch die Reibung reduziert wird und zur Schmierung der Fläche zwischen dem Kolben und dem Gehäuse kein Öl erforderlich ist. Die Gehäusewand des Kolbenmotors wird von der Innenseite gekühlt, und deswegen ist es nicht notwendig, die Gehäusewand von der Außenseite durch den Wärmeübergang durch die Gehäusewand zu Kühlen, wodurch der Wärmewirkungsgrad hauptsächlich von Verbrennungsmotoren erhöht wird. Die Flüssigkeit dient gleichzeitig zur Abdichtung und Kühlung.

Die Flüssigkeit wird nach der Aufwärmung aus dem Arbeitsraum des Kolbenmotors abgeleitet, wodurch die Wärme aus dem Innenraum des Kolbenmotors abgeführt wird. Die Lösung gemäß der Erfindung ist vor allem für die Abdichtung und Kühlung von Verbrennungsmotoren vorteilhaft. Die Vorteile der Lösung nach der Erfindung zeigen sich hauptsächlich dann, wenn diese Lösung bei Verbrennungsmotoren mit einer Rotationsbewegung des Kolbens und bei Verbrennungsmotoren mit einer Kreiselbewegung des Kolbens benutzt wird.

Kurzfassung der Zeichnungen

Die Erifndung wird anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Abb. 1 einen Teil des Arbeitsraumes eines Kolbenmotors mit einer geradlinigen Bewegung des Kolbens und das Innenkanalsystem im Kolben, Abb. 2 einen Teil des Arbeitsraums eines Kolbenmotors mit einer geradlinigen Bewegung des Kolbens, das Innenkanalsystem im Kolben und eine Verteilungsnut am Kolbenumfang,

Abb. 3 einen Teil des Arbeitsraumes des Kolbenmotors mit einer geradlinigen

Bewegung des Kolbens, das Innenkanalsystem im Kolben, eine Verteilungsnut und zwei Dichtungsnuten am Kolbenumfang,

Abb. 4 einen Teil des Arbeitsraumes des Kolbenmotors mit einer geradlinigen

Bewegung des Kolbens, das Innenkanalsystem im Kolben, eine Verteilungsnut und drei Paare von Vorsprüngen,

Abb. 5 ein Oberteil eines Verbrennungsmotors mit einer geradlinigen Bewegung des Kolbens, eine Kolbenstange, ein Innenkanalsystem und eine Verteilungsnut am Kolbenumfang,

Abb. 6 einen Teil des Arbeitsraumes eines Verbrennungsmotors mit einer

Rotationsbewegung der Kolben und einen Schnitt A-A durch das Gehäuse, den Kolben und einen Ring, und

Abb. 7 einen Teil des Arbeitsraums eines Verbrennungsmotors mit einer

Kreiselbewegung des Kolbens, ein Detail A und einen Schnitt B-B, wobei das Innenkanalsystem und Nuten im Kolben dargestellt sind.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Beispiele zur Ausführung der Erfindung sind in den Abb. 1 bis 7 dargestellt. In der Abb. 1 ist ein Teil des Arbeitsraums eines Kolbenmotors mit einer geradlinigen Bewegung des Kolbens 1 2 gezeigt. Der Kolben 1 2 weist an seinem Außenumfang eine Umfassungswand 1 21 auf. Zwischen der Umfassungswand 1 21 des Kolbens 1 2 und dem Gehäuse 1 1 befindet sich eine Umfassungslücke 14. Eine Flüssigkeit fließt in die Umfassungslücke 14 durch ein Innenkanalsystem 1 3, das durch eine Längsöffnung 1 31 und eine Queröffnung 1 32 gebildet ist, die miteinander verbunden sind.

In der Abb. 2 ist ein Teil des Arbeitraums eines Kolbenmotors dargestellt; an der Umfassungswand 1 21 des Kolbens 1 2 ist eine Verteilungsnut 1 22 angeordnet, in die die Queröffnung 1 32 mündet. Die Flüssigkeit fließt durch die Längsöffnung 1 31 in die Queröffnung 1 32, weiter in die Verteilungsnut 1 22 und von dort in die Umfassungslücke 14.

In der Abb. 3 sind an der Umfassungswand 1 21 des Kolbens 1 2 auch zwei Dichtungsnuten 1 23 vorhanden.

In der Abb. 4 ist ein Teil des Arbeitsraums des Kolbenmotors mit einer geradlinigen Bewegung des Kolbens 1 2 dargestellt. Der Kolben 1 2 hat an seinem Außenumfang die Umfassungswand 1 21 . Zwischen der Umfassungwand 1 21 des Kolbens 1 2 und dem Gehäuse 1 1 ist die Umfassungslücke 14 vorhanden. Die Breite der Umfassungslücke 14 ist mit drei Paaren von Vorsprüngen 1 24 begrenzt, die gleichmäßig an der Umfassungswand 1 21 des Kolbens 1 2 angeordnet sind.

In der Abb. 5 ist der Oberteil des Verbrennungsmotors mit einer geradlinigen Bewegung des Kolbens 1 2 dargestellt. Der Kolben 1 2 hat an seinem Außenumfang die Umfassungswand 1 21 . Zwischen der Umfassungswand 1 21 des Kolbens 1 2 und dem Gehäuse 1 1 ist die Umfassungslücke 14. Die Längsöffnung 1 31 ist in einer Kolbenstange 21 des Verbrennungsmotors mit einer geradlinigen Bewegung des Kolbens 1 2 vorhanden. An der, Umfassungswand 1 21 des Kolbens 1 2 ist eine Verteilungsnut 1 22 angeordnet, in die die mit der Längsöffnung 1 31 verbundene Queröffnung 1 32 mündet. Die Flüssigkeit fließt durch die Längsöffnung 1 31 in die Queröffnung 1 32, weiter in die Verteilungsnut 1 22 und von dort in die Umfassungslücke 1 4.

In der Abb. 6 ist ein Teil des Arbeitsraums des Verbrennungsmotors mit einer Rotationsbewegung der Kolben 1 2 dargestellt. Zwischen der Umfassungswand 1 21 des Kolbens 1 2 und dem Gehäuse 1 1 ist die Umfassungslücke 14 vorhanden. Der Kolben 1 2 hat an seinem Außenumfang die Umfassungswand 1 21 , an der an jedem Segment des Kolbens 1 2 eine Verteilungsnut 1 22 vorhanden ist. In einem Ring 32 jedes Kolbens 1 2 ist eine Umfassungsverteilungsnut 31 angeordnet, die mit mindestens einer Längsöffnung 131 verbunden ist, die mit der Queröffnung 1 32 verbunden ist, und die in der Verteilungsnut 1 22 mündet. Die Flüssigkeit fließt durch die Umfassungsverteilungsnut 31 in die Längsöffnungen 1 31 , von dort in die Queröffnungen 1 32, weiter in die Verteilungsnuten 1 22 und von dort in die Umfassungslücken 14. An beiden Rändern jedes Segments des Kolbens 1 2 befindet sich eine Dichtungsnut 1 23. Die Dichtungsnuten 1 23 sind an der Umfassungswand 1 21 des Segments des Kolbens 1 2 angeordnet.

In der Abb. 7 ist ein Teil des Arbeitsraums des Verbrennungsmotors mit einer Kreiselbewegung des Kolbens 1 2 dargestellt. Der Kolben 1 2 hat an seinen Spitzen drei Verteilungsnuten 1 22; jede Verteilungsnut 1 22 ist an den Enden mit der Queröffnung 1 32 verbunden. Zwischen den Spitzen des Kolbens 1 2 und dem Gehäuse 1 1 ist die Umfassungslücke 14 vorhanden. An jeder Seitenwand des Kolbens 1 2 gibt es drei Seitenverteilungsnuten 42. Jede Seitenverteilungsnut 42 ist an den Enden mit den Queröffnungen 1 32 verbunden. Jede Queröffnung 1 32 ist mit einer Längsöffnung 1 31 verbunden. Am Innenumfang des Kolbens 1 2 ist eine Umfassungsverteilungsnut 31 vorgesehen, die mit allen Längsöffnungen 1 31 verbunden ist. Die Flüssigkeit fließt durch die Umfassungsverteilungsnut 31 in die Längsöffnungen 1 31 , weiter durch drei Queröffnungen 1 32 in die Verteilungsnuten 1 22 und in die Seitenvertelungsnuten 42. Durch jede Queröffnung 1 32 fließt die Flüssigkeit in zwei Paare der Seitenvertelungsnuten 42 und in die Verteilungsnut 1 22 an der Spitze des Kolbens 1 2. Aus den Seitenverteilungsnuten 42 fließt die Flüssigkeit in die Seitenlücke 41 , und aus den Verteilungsnuten 1 22 fließt die Flüssigkeit in die Umfassungslücke 14.

Bei allen Ausführugnsbeispielen kann die der Umfassungslücke 14 bzw. den Seitenlücken 41 zugeführte Kühlflüssigkeit über den Arbeitsraum des Kolbenmotors in mindestens einen Kondensator geleitet werden. In diesem Kondensator wird das in Dampfform vorliegende Kühlmittel wieder verflüssigt. Danach kann die Kühlflüssigkeit gekühlt und dem Kolben wieder zugeführt werden.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Abdichtungs und Kühlungsart des Kolbenmotors gemäß der Erfindung kann hauptsächlich bei Verbrennungsmotoren benutzt werden.

Liste der Bezugszeichen

1 1 Gehäuse

12 Kolben

121 Umfassungswand des Kolbens 12

1 22 Verteilungsnut

123 Dichtungsnut

1 24 Vorsprung

13 Innenkanalsystem

131 Längsöffnung

132 Queröffnung

14 Umfassungslücke

21 Kolbenstange des Verbrennungsmotors mit einer geradlinigen Bewegung des Kolbens

31 Umfassungsverteilungsnut

32 Ring

41 Seitenlücke 2 Seitenverteilungsnut

Claims

Ansprüche

1. Kolbenmotor, insb. Verbrennungsmotor, mit einer geradlinigen, rotierenden oder kreisenden Bewegung des in einem Gehäuse (11) bewegbaren Kolbens (12), mit einem im Kolben (12) angeordneten Innenkanalsystem (131, 132), dem Flüssigkeit unter Druck zugeführt wird und das in der Umfassungswand (121) des Kolbens (12) mindestens eine Mündung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kolbenumfassungswand (121) und dem Gehäuse (11) ein freier, eine Umfassungslücke bildender Zwischenraum (14) vorgesehen ist und dass die Flüssigkeit eine Kühlflüssigkeit ist.

2. Kolbenmotor nach Anspruch 1 mit einer geradlinigen Kolbenbewegung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenumfassungswand (121) mindestens einen Vorsprung (124) aufweist, der die Umfassungslücke (14) einschränkt.

3. Kolbenmotor nach Anspruch 1 mit einer rotierenden Kolbenbewegung, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenkanalsystem durch eine Längsöffnung (131) und mindestens eine mit dieser verbundenen Queröffnung (132) gebildet ist, die in der Kolbenumfassungswand (121) mündet, und dass die Längsöffnung (131) mit einer in einem Ring (32) des Kolbens (12) angeordneten Umfassungsverteilungsnut (31) verbunden ist.

4. Kolbenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Queröffnung (1 32) in jedem Segment des Kolbens (1 2) vorgesehen und mit mindestens einer Verteilungsnut ( 1 2) in der Umfassungswand ( 1 21 ) verbunden ist.

5. Kolbenmotor nach Anspruch 1 mit einer geradlinigen oder rotierenden Kolbenbewegung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenumfassungswand (1 21 ) mindestens eine Dichtungsnut (123) aufweist.

6. Kolbenmotor nach Anspruch 1 mit einer kreisenden Kolbenbewegung, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenlücken (41 ) zwischen dem Gehäuse ( 1 1 ) und Seitenwänden des Kolbens (1 2) vorgesehen sind, dass eine Umfassungsverteilungsnut (31 ) im Innenumfang des Kolbens (1 2) vorgesehen und über Längsöffnungen (1 31 ) mit mindestens drei Queröffnungen (1 32) verbunden ist und dass jede Queröffnung ( 1 32) mit einer Verteilungsnut (1 22) an der Spitze des Kolbens (1 2) und mit mindestens zwei Paaren von an den Seitenwänden des Kolbens (12) angeordneten Seitenverteilungsnuten (42) verbunden ist.

7. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zwischenraum (1 4) zugeführte Kühlflüssigkeit über den Arbeitsraum des Kolbenmotors in mindestens einen Kondensator geleitet wird.