DE1300123B

DE1300123B - Face seal for internal-axis rotary piston internal combustion engines

Info

Publication number: DE1300123B
Application number: DEM59853A
Authority: DE
Inventors: Mai Horst
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1964-02-08
Filing date: 1964-02-08
Publication date: 1969-07-31

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stimflächendichtung für innenachsige Rotationskolbenbrennkraftmaschinen mit Schlupfeingriff mit einer am Kolben angebrachten radial äußeren, axialbeweglichen Dichtgrenze.The invention relates to an end face seal for internal axles Rotary piston internal combustion engines with slip engagement with one attached to the piston radially outer, axially movable sealing limit.

Bei derartigen Maschinen kann der Gaswechsel durch in den Seitenteilen angeordnete Steueröffnungen mit Ein- und Auslaßventilen gesteuert werden. Eine derartige Steuerung ist für den Fachmann naheliegend, so daß für dieses Teilmerkmal kein selbständiger Schutz beansprucht wird.In machines of this type, the gas exchange can take place in the side panels arranged control openings are controlled with inlet and outlet valves. Such a one Control is obvious to a person skilled in the art, so that there is no independent one for this sub-feature Protection is claimed.

In Anbetracht der Arbeitsweise solcher Rotationskolbenbrennkraftmaschinen kann eine Aufladung bzw. ein Gaswechsel immer nur im Bereich eines der jeweiligen unteren Totpunkte erfolgen, so daß für diesen Vorgang, insbesondere in Anbetracht der angewendeten hohen Drehzahlen, immer nur eine sehr kurze Zeitspanne zur Verfügung steht. Andererseits dürfen beispielsweise die Ventile nicht zu früh geöffnet werden, um möglichst wenig Leistung zu verlieren. Wenn aber der Zeitquerschnitt beim öffnen der Ventile groß sein soll, um eine intensive Spülung und Aufladung der betreffenden Arbeitskammer zu erreichen, müßten an sich große Ventilbeschleunigungen wie auch starke Ventilfedern in Kauf genommen werden, so daß die Betätigung der Ventile einen entsprechend hohen Leistungsaufwand erfordert, welcher der wirksamen Leistung des Motors entzogen werden würde.In view of the operation of such rotary piston internal combustion engines a charge or a gas change can only ever be carried out in the area of one of the respective bottom dead center, so that for this process, in particular, in consideration of the high speeds used are only available for a very short period of time stands. On the other hand, for example, the valves must not be opened too early, in order to lose as little performance as possible. But if the time cross-section when opening the valves should be large to allow an intensive flushing and charging of the concerned To reach the working chamber would have to have great valve accelerations as well strong valve springs are accepted, so that the actuation of the valves a correspondingly high effort required, which of the effective performance of the Motor would be withdrawn.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zu schaffen, bei der übermäßig hohe öffnungs- und Schließbeschleunigungen der Ventile vermieden werden, ohne daß dadurch die Zeitquerschnitte der Ventile unzulässig beeinträchtigt werden.The invention is based on the object of creating a machine in which excessively high opening and closing accelerations of the valves are avoided without the time cross-sections of the valves being unduly impaired will.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Stirnflächendichtung zusätzlich innerhalb der radial äußeren Dichtgrenze eine zweite radial innenliegende, ebenfalls als Gasdichtung ausgebildete Dichtgrenze aufweist und die zwischen diesen beiden Dichtgrenzen gebildete Kammer durch radial sich erstreckende und die beiden Dichtgrenzen verbindende Dichtstreifen in den Kolbenecken nochmals unterteilt ist, wobei die Steueröffnungen derart angeordnet sind, daß sie bei der Drehung des Kolbens von diesen Kammern überstrichen werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die radial innenliegende Dichtgrenze als Ringdichtung ausgebildet.To solve this problem it is provided that the end face seal a second, radially inner, also designed as a gas seal has sealing boundary and the between these two sealing boundaries formed by radially extending chamber and the two The sealing strip connecting the sealing borders is subdivided again in the piston corners, wherein the control ports are arranged so that they are upon rotation of the piston be swept over by these chambers. In a further embodiment of the invention the radially inner sealing boundary is designed as a ring seal.

Auf diese Art ist es möglich, die jeweiligen Ventile mit einer jetzt möglichen verringerten öffnungs- und Schließbeschleunigung und geringerenPederbelastung früher, d. h. mit größerem Zeitquerschnitt noch vor dem zeitlich beabsichtigten Gasaustritt zu öffnen. Die eigentliche Freigabe beispielsweise der Auslaßkanäle für den Austritt der- verbrannten Abgase aus der betreffenden Arbeitskammer setzt erst dann ein, wenn die der Kolbenflanke naheliegende radial äußere Dichtgrenze die Mündung der Ventil-Vorkammer zu überlaufen beginnt.In this way it is possible to use the respective valves with one now possible reduced opening and closing acceleration and lower spring load earlier, d. H. with a larger time cross-section before the planned time Open the gas outlet. The actual release, for example, of the outlet channels for the exit of the burnt exhaust gases from the relevant working chamber only occurs when the radially outer sealing boundary that is close to the piston flank the mouth of the valve prechamber begins to overflow.

Durch die zusätzlich angeordnete innenliegende Dichtgrenze werden zusammen mit den die beiden Dichtgrenzen verbindenden Dichtstreifen zwischen der Kolbenstirnfläche und dem gegenüberliegen-den Gehäuseseitenteil, beispielsweise bei Anwendung einer zweibogigen Epitrochoide und eines dreieckigen Kolbens, etwa halbsichelförmige, sehr flache Kammern gebildet. Die Arbeitsweise einer solchen Kammer gleicht der einer kleinen Schleusenkammer, durch die verhindert wird, daß Gase hohen Druckes in größere Räume mit demgegenüber niedrigerem Druck übertreten können.Due to the additionally arranged internal sealing boundary together with the sealing strips connecting the two sealing boundaries between the Piston face and the opposite-the housing side part, for example when using a double-arched epitrochoid and a triangular bulb, for example half-sickle-shaped, very flat chambers formed. The way one works Chamber resembles that of a small lock chamber, through which it is prevented that High pressure gases pass into larger rooms with, in contrast, lower pressure can.

Die vorstehend beschriebenen halbsichelförmigen Kammern bilden zwar im Verein mit den vorgesehenen Ventil-Vorkammern weitere sogenannte schädliche Räume. Da diese Räume jedoch erfahrungsgemäß meistens mit Druckgas ausgefüllt sind, wird die Auswirkung dieser Räume unbedeutend.The semi-crescent-shaped chambers described above do indeed form in conjunction with the envisaged valve antechambers, further so-called harmful spaces. However, since experience has shown that these spaces are mostly filled with pressurized gas the impact of these spaces is insignificant.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit einer zweibogigen Epitrochoide als innerer Mantelfläche und einem dreieckigen Kolben und F i g. 2 einen Schnitt in Richtung A-B nach F i g. 1, wobei vorausgesetzt ist, daß eine der Kolbenecken gerade im unteren Punkt UT1 der einen achsfernen Zone steht.An embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows F i g. 1 with a cross section through a rotary piston internal combustion engine a double-arched epitrochoid as the inner surface and a triangular bulb and F i g. 2 shows a section in the direction A-B according to FIG. 1, assuming that one of the piston corners is just in the lower point UT1 of the one off-axis zone.

Die Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach F i g. 1 'besteht aus einem feststehenden Gehäuse 1 mit einer zweibogigen Epitrochoide als innerer Mantelfläche 2. Im Gehäuse ist ein dreieckiger Kolben 3 auf dem Exzenter 4 einer Exzenterwelle 5 drehbar gelagert. Das Drehzahlverhältnis zwischen der Exzenterwelle 5 und dem Kolben 3 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 3 : 1. Der Kolben-3 gleitet bei seinem Umlauf in Richtung des Pfeiles 6 mit seinen Ecken 7, 8, 9, an denen die Radialdichtungen 10, 11, 12 angeordnet sind, an der inneren Mantelfläche 2 entlang. Es werden so drei volumenveränderliche Kammern 13, 14, 15 gebildet. Die waagerecht verlaufende - kurze -Achse der Trochoide ist mit 16 und die dazu senkrecht stehende - lange - Achse der Trochoide mit 17 bezeichnet, wobei die kurze Achse die beiden achsnahen Zonen mit den Totpunkten 0T1, 0T2 und die lange Achse die beiden achsfernen Zonen mit den Totpunkten UTi und UT, teilen und wobei mit Achse die Exzenterwellenaclise 18 gemeint ist.The rotary piston internal combustion engine according to FIG. 1 'consists of a fixed housing 1 with a two-arched epitrochoid as an inner lateral surface 2. In the housing there is a triangular piston 3 on the eccentric 4 of an eccentric shaft 5 rotatably mounted. The speed ratio between the eccentric shaft 5 and the Piston 3 is 3: 1 in this exemplary embodiment. Piston 3 slides its circulation in the direction of arrow 6 with its corners 7, 8, 9, where the radial seals 10, 11, 12 are arranged along the inner lateral surface 2. It will be like this three volume-variable chambers 13, 14, 15 are formed. The horizontally running one - short axis of the trochoid is 16 and the one perpendicular to it - long - The axis of the trochoid is designated by 17, the short axis being the two near the axis Zones with the dead centers 0T1, 0T2 and the long axis the two off-axis zones with the dead points UTi and UT, divide and with the axis the eccentric shaft aclise 18 is meant.

An den beiden Stirnflächen des Kolbens 3 (in F i g .1 ist nur eine- Stirnfläche zu ersehen) sind die an ihren Enden durch Dichtbolzen 22 miteinander verbundenen Hauptdichtstreifen 19, 20, 21 als radial äußere Dichtgrenze angeordnet. Außerdem ist an jeder der beiden Kolbenstirnflächen eine zentrische Ringdichtung 23 als radial innere Dichtgrenze vorgesehen, die aus einzelnen Bogenstücken zusammengesetzt sein kann, wobei diese ebenso durch Dichtbolzen 220 in bekannter Weise miteinander verbunden werden können. Von dieser Ringdichtung 23 führen radial sich erstreckende Dichtstreifen 24, 25, 26 zu den an den Kolbenecken 7, 8, 9 zusammentreffenden Hauptdichtstreifen, und zwar der Dichtstreifen 24 zu den in der Kolbenecke 7 zusammentreffenden Hauptdichtstreifen 19, 20,- der Dichtstreifen 25 zu den in der Kolbenecke 8 zusammentreffenden Hauptdichtstreifen 20, 21 und der Dichtstreifen 26 zu den in der Kolbenecke9 zusammentreffendenHauptdichtstreifen 21, 19. An den Stellen, an denen die Hauptdichtstrei# fen 19, 20, 21 der Ringdichtung 23 am nächsten liegen, können weitere Dichtbolzen 230 angeordnet werden. Es entstehen so in dem hier vorausgesetzten zweibogigen Epitrochoiden-Innenraum etwa halbsichelförmige Zwischenräume 27, 28, 29, 30, 31 und 32.On the two end faces of the piston 3 (only one end face can be seen in FIG. 1), the main sealing strips 19, 20, 21 connected to one another at their ends by sealing bolts 22 are arranged as a radially outer sealing boundary. In addition, a central ring seal 23 is provided on each of the two piston end faces as a radially inner sealing boundary, which can be composed of individual curved pieces, which can also be connected to one another by sealing bolts 220 in a known manner. From this ring seal 23, radially extending sealing strips 24, 25, 26 lead to the main sealing strips which meet at the piston corners 7, 8, 9, namely the sealing strip 24 to the main sealing strips 19, 20 which meet in the piston corner 7 - the sealing strip 25 to the The main sealing strips 20, 21 meeting in the piston corner 8 and the sealing strip 26 to the main sealing strips 21, 19 meeting in the piston corner 9 Further sealing bolts 230 can be arranged at the points where the main sealing strips 19, 20, 21 are closest to the ring seal 23 will. In this way, approximately semi-crescent-shaped spaces 27, 28, 29, 30, 31 and 32 are created in the double-arched epitrochoid interior assumed here.

In F i g. 1 sind noch die als selbsttätig arbeitende, druckgesteuerte Rückschlagventile ausgebildeten Einlaßventile (E) mit 33 und 34 und die fremdgesteuerten Auslaßventile (A) mit 35, 36 bezeichnet. Außerdem ist hier noch je eine Zündkerze 37, 38 für den Betrieb als Ottomotor oder je eine Einspritzdüse für den Betrieb als Dieselmotor vorgesehen.In Fig. 1 are still the pressure-controlled ones that work automatically Check valves formed inlet valves (E) with 33 and 34 and the externally controlled Exhaust valves (A) designated by 35, 36. aside from that is here still one spark plug 37, 38 each for operation as a gasoline engine or one injection nozzle each intended for operation as a diesel engine.

In der Darstellung nach F i g. 2, die einen Schnitt in Richtung A-B nach F i g. 1 zeigt, wobei hier vorausgesetzt ist, daß die Kolbenecke 8 gerade im Punkt UTl steht, ist der Kolben nicht eingezeichnet. Es ist an beiden Seitenteilen je ein Einlaßventil33 bzw. 33' und je ein Auslaßventil 35 bzw. 35' angeordnet. Die beiden Auslaßventile werden durch je einen auf der Exzenterwelle 5 angeordneten Ventilnocken 39 bzw. 40 und die Kipphebel 41, 42 gesteuert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sämtliche Ventile, nämlich die Ein- und Auslaßventile 33, 33' bzw. 35, 35', im Gehäuse 1 zurückgesetzt, so daß auf diese Art die Ventilteller in Taschen 43, 44, 45 und 46 liegen und sich die Ventile, ohne an den Stirnflächen des Kolbens anzustoßen, ungehindert öffnen können.In the illustration according to FIG. 2 showing a section in direction A-B according to FIG. 1 shows, it being assumed here that the piston corner 8 is just in the Point UTl is, the piston is not shown. It's on both side panels one inlet valve 33 or 33 'and one outlet valve 35 or 35' each are arranged. the Both exhaust valves are arranged on the eccentric shaft 5 by one each Valve cams 39 and 40 and the rocker arms 41, 42 are controlled. In the present embodiment are all valves, namely the inlet and outlet valves 33, 33 'and 35, 35', reset in the housing 1, so that in this way the valve disc in pockets 43, 44, 45 and 46 lie and close the valves without touching the end faces of the piston to bump, be able to open unhindered.

Die Zweitakt-Kreiskolbenbrennkraftmaschine arbeitet wie folgt: Etwa in der in F i g. 1 strichpunktiert dargestellten Kolbenstellung 130 hat die volumenveränderliche Kammer 13 nahezu die Endphase eines Arbeitstaktes erreicht; das Auslaßventi135 beginnt bereits zu öffnen. Dieses Öffnen kann sich jedoch auf die Kammer 13 noch nicht auswirken, da der Gasaustritt in die sich den Taschen 45, 46 (F i g. 2) anschließenden Kanäle durch den Dichstreifen 24 zunächst noch gesperrt ist. Das Auslaßventil 35 (ebenso auch das Auslaßventi135) kann daher mit einer relativ geringen Beschleunigung geöffnet werden. Erst wenn bei einem weiteren Umlauf des Kolbens in Richtung des Pfeiles 6 der Dichtstreifen 24 und danach der Hauptdichtstreifen 19 die Taschen (in F i g. 2 mit 45 und 46 bezeichnet) der Auslaßventile 35, 35' zu überlaufen beginnen (doppeltstrichpunktierte Kolbenstellung 140), können die Abgase in die Auslaßkanäle der Ventile 35 und 35' übertreten. Wenn der Druck in der Kammer 13 unter den der Spülluft bzw. des Brennstoff-Luft-Gemisches vor den Einlaßventilen 33, 33' gesunken ist, werden diese Ventile geöffnet, und die Spülluft bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch schieben die in der Kammer eventuell noch vorhandenen Abgasreste aus. Gleichzeitig mit diesem Vorgang ist eine Neuladung der Kammer 13 verbunden. Bei der gestrichelt dargestellten Kolbenstellung 150, bei der dann die Auslaßventile wieder geschlossen sind, findet eine überladung der Kammer 13 entsprechend dem Ladedruck des Aufladegebläses so lange statt, bis bei Druckausgleich vor oder hinter den Einlaßventilen 33, 33' diese selbsttätig schließen bzw. bis die Taschen 43, 44 von den Hauptdichtstreifen 19 überlaufen sind. Von da an beginnt die Verdichtung der Ladung mit anschließender Zündung. Aus F i g. 2 ist noch zu ersehen, daß die Spülung der Kammer 13 im Gleichstromverfahren durchgeführt wird, das bekanntlich ein Optimum an Spül-und Ladeeffekt mit sich bringt.The two-stroke rotary piston internal combustion engine works as follows: Approx in the in F i g. 1, the piston position 130 shown in phantom has the variable volume Chamber 13 has almost reached the end of a work cycle; the exhaust valve 135 begins already open. However, this opening cannot yet affect the chamber 13, because the gas outlet into the channels adjoining the pockets 45, 46 (FIG. 2) is initially still blocked by the sealing strip 24. The outlet valve 35 (also The exhaust valve 135) can therefore also be opened with a relatively low acceleration will. Only when the piston rotates again in the direction of the arrow 6 the sealing strip 24 and then the main sealing strip 19 the pockets (in F i G. 2 denoted by 45 and 46) of the outlet valves 35, 35 'begin to overflow (double-dot chain piston position 140), the exhaust gases can enter the exhaust ducts the valves 35 and 35 'exceed. When the pressure in the chamber 13 is below the Scavenging air or the fuel-air mixture upstream of the inlet valves 33, 33 'has decreased is, these valves are opened, and the purge air or the fuel-air mixture push out any remaining exhaust gas in the chamber. Simultaneously this process involves recharging the chamber 13. At the dashed piston position 150 shown, in which then the exhaust valves are closed again are, an overload of the chamber 13 takes place in accordance with the boost pressure of the supercharger so long instead of until pressure equalization in front of or behind the inlet valves 33, 33 ' these close automatically or until the pockets 43, 44 from the main sealing strips 19 are overrun. From then on, the compression of the cargo begins with the subsequent one Ignition. From Fig. 2 it can also be seen that the flushing of the chamber 13 in the cocurrent process is carried out, which is known to bring an optimum of flushing and loading effect with it.

Claims

Claims: 1. Front face seal for internal-axis rotary piston internal combustion engines with slip engagement with a radially outer, axially movable sealing limit attached to the piston, in which the gas exchange of the rotary piston internal combustion engine is controlled by control openings with inlet and outlet valves arranged in the side parts, characterized in that the front face seal (19, 20, 21) additionally has within the radially outer sealing boundary a second radially inner sealing boundary (23), also designed as a gas seal, and the chamber formed between these two sealing boundaries by radially extending sealing strips (24, 25, 26) connecting the two sealing boundaries in the piston corners is subdivided again, the control openings being arranged in such a way that they are swept over by these chambers when the piston is rotated.

2. End face seal according to claim 1, characterized in that the radially inner sealing boundary (23) as a ring seal is trained.