DE4100256C2 - Anordnung zum Abdichten einer Kolbenstangenlagerung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abdichten einer Kolbenstangenlagerung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Anordnung wird in der DE-OS 32 18 255 beschrieben. Sie dient als Abdichtung einer Kolbenstangenlagerung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der jeweils zwei auf einer Achse liegende, gegeneinander angeordnete Zylinder und Kolben vorgese­ hen sind, deren geradlinig hin und her gehende Kolbenstangen über einen mittig gelegenen, in einem Kurbelschleifengehäuse angeord­ neten umlaufenden Kurbelschleifentrieb gekoppelt sind, mit Ansaugung der Verbrennungsluft oder des Kraftstoff-Luftgemisches beim Aufwärtshub und Verdichten derselben bzw. desselben beim Abwärtshub des Kolbens durch dessen untere Kolbenstirnfläche, wobei über Überströmkanäle im Zylindergehäuse die Verbrennungsluft bzw. das Kraftstoff- Luftgemisch zur oberen Kolbenstirnfläche hin in den Brennraum gefördert wird, aus dem die Abgase hinausgespült werden. Dabei sind die Zylinder unten zum Innenraum des Gehäuses des Kurbelschleifentriebes hin jeweils durch eine Trennwand ver­ schlossen, die als Lagerung für die jeweilige Kolbenstange dient und als Lagernabe ausgebildet ist. Bei der Abdichtung gemäß der DE-OS 32 18 255 ist innerhalb der Lagernabe ein nach innen vorgespannter Dichtring vorgesehen, der an der Außenmantelfläche der jeweiligen Kolbenstange dichtend anliegt und innerhalb einer Ausnehmung eines Ringkörpers angeordnet ist. Der Dichtring ist von der Stirnseite einer Führungshülse axial gehalten. Der Ringkörper und die Führungshülse sind innerhalb der Lagernabe zwischen einem Vorsprung der Lagernabe und einem in einen Einstich derselben eingreifenden Sprengring in ihrer Lage gehalten. Die Führungs­ hülse weist auf der dem Dichtring zugewandten Stirnseite eine Ausnehmung auf, die über eine in der Außenmantelfläche der Führungshülse befindliche Nut mit einer Öffnung am kurbelgehäuse­ seitigen Ende der Lagernabe kommuniziert. Diese Abdichtung hat sich bewährt. Das von der Kolbenstange kurbelgehäuseseitig zur Zylinderseite geförderte Öl wird vom Dichtring abgestreift und sammelt sich in der Ausnehmung. Beim Rückwärtshub des Kolbens wird dieses Öl über die Nut und die Öffnung in das Kurbelgehäuse zurückbefördert. Die Abführung des Öls erfolgt somit selbsttätig. Jedoch unterliegt die bekannte Abdichtung einem beachtlichen Verschleiß, insbesondere einem Verschleiß des Dichtrings, der nach vorbestimmbaren Belastungs­ zeiten ausgewechselt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine nahezu verschleißfreie Anordnung zum Abdichten einer Kolbenstangenlagerung einer Zweitakt- Brennkraftmaschine zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Um zu verhindern, daß aus dem Kurbelschleifengehäuse das Öl in den Zylinderraum gelangt und dort zu den bekannten, unerwünsch­ ten nachteiligen Folgen, wie unerwünschten Auspuffgas-Bestand­ teilen, führt, sehen bekannte Anordnungen zum Abdichten einer Kolbenstangenlagerung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine Abstreif­ ringe vor, die das Öl während der Bewegung des Arbeitskolbens zum oberen Totpunkt (OT) im Trennwandlager abstreifen. Die Erfindung bricht mit diesem Prinzip, läßt die Kolbenstange im Trennwandla­ ger auf einem Ölfilm, der von aus dem Kurbelschleifengehäuse- Innenraum mitgerissenem Öl gebildet ist, gleiten, so daß der Verschleiß in diesem Lager gering ist, und streift das Öl beim Rückwärtshub des Arbeitskolbens zum unteren Totpunkt (UT) ab und transportiert es zwangsweise durch Erzeugung eines Überdrucks aus dem Innenraum des Zylinders entweder wieder in das Kurbel­ schleifengehäuse zurück oder, sofern das Öl durch Kontakt mit dem im Zylinder befindlichen Medium verunreinigt wird, aus dem System.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem Längsschnitt durch das Kurbelschleifengehäuse und den Zylinder;

Fig. 2a/b schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abdichtanordnung in OT- und UT-Stellung;

Fig. 3 schematisch eine Seitenansicht einer weiteren Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Abdichtanordnung;

Fig. 4 schematisch eine dritte Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Abdichtanordnung;

Fig. 5 schematisch eine Seitenansicht einer vierten Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Abdichtanordnung;

Fig. 6a/b schematisch eine aus den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 5 kombinierte Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Abdichtanordnung.

Der Motor gemäß Fig. 1 weist im wesentlichen zumindest zwei sich gegenüberliegend angeordnete Zylinder 1, 2 auf, in denen Arbeits­ kolben 3 hin und her beweglich angeordnet sind. Jeder Arbeitskol­ ben 3 ist mit dem einen Ende einer Kolbenstange 4 starr verbun­ den, die anderendig starr und mittig an einem Kurbelschlei­ fenrahmen 5 sitzt. Der Kurbelschleifenrahmen 5 ist Teil eines an sich bekannten Kurbelschleifentriebs 6, der die geradlinige Bewegung der sich gegenüberliegend korrespondierenden Arbeitskol­ ben-Kolbenstangen-Einheiten in eine drehende Bewegung umwandelt. Der Kurbelschleifentrieb 6 ist in einem Kurbelschleifengehäuse 7 untergebracht, das auch die Zylinder 1, 2 trägt. Zwischen dem Innenraum 8 des Kurbelschleifengehäuses 7 und dem Innenraum der Zylinder 1, 2 ist eine ringförmige, in die Gehäusewandung 10a des Kurbelschleifengehäuses 7 eingesetzte, praktisch den Boden des Zylinders 1, 2 bildende Lagernabe 10 angeordnet, die nicht nur die beiden Innenräume 8, 9 voneinander abschottet, sondern auch die Kolbenstange 4 führen soll. Insofern wird für die Lagernabe 10 der Begriff Trennwandlager verwendet, der im folgenden ebenfalls dafür benutzt wird.

In den Zylindern sind Überströmkanäle 11 und andere übliche Einrichtungen einer Zweitakt-Brennkraftmaschine vorgesehen, die zur vorliegenden Erfindung keine Beziehung haben und deshalb nicht beschrieben zu werden brauchen.

Im Kurbelschleifengehäuse 7 befindet sich Öl und es ist unver­ meidbar, daß die Kurbelstange 4 aus dem Kurbelschleifengehäuse- Innenraum 8 Öl mitnimmt. Nach der Erfindung kann Öl das Trenn­ wandlager durchdringen und wird im Zylinderraum 9 in einem Hohlraum aufgefangen und unter Ausnutzung des Hubes der Arbeits­ kolben-Kolbenstangen-Einheit mit einer Pumpeinrichtung aus dem Zylinderraum 9 gedrückt.

Zu diesem Zweck sieht die Erfindung als Einrichtung in der Lagernabe 10 oder als Lagernabe 10 selbst eine ringkolbenförmige Ölkammerhülse 12 und einen an der Kolbenstange 4 festsitzenden, die Ölkammerhülse 12 teilbereichsweise beim Hub der Arbeitskol­ ben-Kolbenstangen-Einheit übergreifenden Ringzylinder 13 vor. Die Ölkammerhülse 12 und der Ringzylinder 13 bilden somit bei der Bewegung der Arbeitskolben-Kolbenstangen-Einheit eine Kolbenzy­ linder-Einheit.

Die Ölkammerhülse 12 ist einstückig einteilig oder zweiteilig oder in anderer Weise mehrteilig aufgebaut und weist kurbel­ schleifengehäuseseitig ein die Kolbenstange 4 formschlüssig umgebendes, zweckmäßigerweise in der Lagernabe 10 sitzendes Abstreifringteil 12a (Fig. 2a, b) und zylinderseitig ein in den Vorkompres­ sionsraum des Zylinders ragendes Ringkolbenteil 12b auf. Letzteres ist in geringem Abstand von der Kolbenstange 4 angeordnet, so daß ein Ringspalt 14 gebildet wird. Im Übergangs­ bereich zwischen dem Abstreifringteil 12a und dem Ringkolbenteil 12b ist innenseitig eine Ausnehmung 15, z. B. in Form einer Ringnut 16, mit U-förmigem Querschnitt eingebracht. Die kurbel­ schleifengehäuseseitige Außenringkante 17 der Ausnehmung 15 ist derart dicht an der Mantelfläche der Kolbenstange angeordnet, daß sie als Abstreifkante für an der Kolbenstange 4 anhaftendes Öl fungiert, wenn die Kolbenstange 4 sich in Richtung Kurbelschlei­ fengehäuse 7 bzw. der Kolben 3 sich vom OT zum UT bewegt (Pfeil­ richtung 18a). Das abgestreifte Öl sammelt sich in der Ringnut 16, die mit mindestens einem Auslaßkanal 18 ausgerüstet ist, der in den Innenraum 8 des Kurbelschleifengehäuses 7 mündet (nicht dargestellt) oder aus dem Motor führt und der Öl aus der Ringnut 16 z. B. in einer Rückführleitung leiten kann.

Der auf der Kolbenstange 4 sitzende Ringzylinder 13 weist zylinderseitig einen Ringboden 19 und kurbelschleifengehäusesei­ tig die Zylinderwandung 20 auf. In den Ringzylinder-Innenraum 21 paßt das Ringkolbenteil 12b der Ölkammerhülse 12 mit geringem Spiel 13a (Fig. 2b), wobei dieses Spiel geringer ist als die Dicke des Ringspalts 14 zwischen der Kolbenstange 4 und dem Ringkolbenteil 12b. Der Ringzylinder 13 kann Teil des Kolbens 3 sein, wie in Fig. 1 erkennbar; er kann aber auch ein separat vom Kolben 3 unterhalb des Kolbens angeordnetes Teil sein. Es kommt gemäß der Erfindung darauf an, daß der Ringzylinder 13 sich über das Ringkolbenteil 12b schiebt, wenn der Kolben 3 in den Bereich des UT gelangt. Dabei wird abgestreiftes, sich in der Ringnut 16 befindliches Öl pumpenartig von dem aus dem Ringraum 21 verdräng­ ten Gas in den Auslaßkanal 18 gepreßt. Es gelangt somit kein Öl mehr in den Vorkompressionsraum des Zylinders 1, 2.

Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abdichtanordnung gemäß Fig. 3 entspricht bis auf die Raumform der Ausnehmung 15 der Ausführungsform gemäß Fig. 2a, b. Die Ausnehmung 15 der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 3 weist einen schmalen Eintrittsspalt 22 auf, der gebildet wird durch die zylinderseitige, im Abstand von der Kolbenstange 4 angeordneten Ausnehmungsringkante 23 und der benachbart dazu an der Kolbenstange 4 anliegenden Abstreifring­ kante 17, die die freie Endkante einer sich kurbelschleifenkam­ merseitig kontinuierlich verdickenden Konuswandung 24 der Ausnehmung 15 ist. Die Ausnehmung 15 wird somit von einer Außenwandung 25 und der innenseitigen Konuswandung 24 sowie dem Boden 26 und der Eintrittswandung 27 begrenzt.

Der Vorteil dieser Ausführungsform der Abdichtanordnung ist, daß die aus dem Ringzylinder-Innenraum 21 verdrängte Luft durch einen schmalen Spalt 22 mit hoher Geschwindigkeit strömt und das im Spalt 22 abgestreifte Öl mitreißt. Das Öl wird die Konuswandung hinaufgeblasen und fließt über den sich vergrößernden Durchmesser des Konus in den Bodenbereich der Ausnehmung 15. Durch die hohe kinematische Zähigkeit des Öls verharrt es auch dann noch am größeren Durchmesser des Konus, wenn bereits die Luft aus der Ringkanalausnehmung gesaugt wird. Es kann nicht in Richtung des Vorkompressionsraums transportiert werden, sondern wird durch den Auslaßkanal 18 zurück in z. B. den Kurbelschleifen-Innenraum gepreßt.

Die Ausführungsform der Abdichtanordnung nach Fig. 4 weist im Vergleich zur Ausführungsform nach Fig 3 lediglich einen im Ringkolbenteil 12b in einer Ringnut 28 lagernden, die Kolbenstan­ ge 4 umschließenden, elastischen Abstreifring, z. B. einen O-Ring 29, auf. Der O-Ring 29 ist vorzugsweise dem Eintrittsspalt 22 der Ausnehmung 15 unmittelbar vorgeordnet und kann bei der Kolbenbe­ wegung in Richtung OT von der Kolbenstange 4 Öl abstreifen. Bei der Bewegung in Richtung UT (Pfeilrichtung 18a) wird ab der gestri­ chelt dargestellten Position des Ringzylinders 13 durch das im Ringzylinder-Innenraum 21 komprimierte Gas der O-Ring von der Kolbenstange 4 abgehoben und das Öl wird auf die gleiche Weise wie zuvor beschrieben in z. B. den Kurbelschleifengehäuse- Innenraum 8 zurückgepreßt. Im Ergebnis weist bei dieser Ausfüh­ rungsform der Abdichtanordnung der sich im Zylinderinnenraum 9 befindliche Bereich der Kolbenstange 4 weniger Öl auf, was für Saugmotoren vorteilhaft ist, bei denen die Gefahr besteht, daß an der Kolbenstange haftendes Öl vom Sprit-Luft-Gemisch abgewa­ schen wird. Der Ölfilm sollte deshalb im Zylinder-Innenraumbe­ reich so dünn wie möglich sein.

Die Ausführungsform der Abdichtanordnung nach Fig. 5 entspricht ebenfalls der Ausführungsform nach Fig. 3. Jedoch sind in dem Ringboden 19 des Ringzylinders 13 Ventile 30, z. B. sogenannte Flatterventile, eingebracht. Durch diese Ventile wird die Sogwirkung verringert und sogar gegebenenfalls verhindert, die bei der Bewegung des Kolbens 3 aus UT in Richtung OT entsteht, wenn der Ringzylinder 13 vom Ringkolbenteil 12b abgezogen wird. Außerdem kann das Kompressionsvolumen 21 verringert werden und es wird verhin­ dert, daß zusätzlich unzumutbare Geräusche durch die Funktion der erfindungsgemäßen Abdichtanordnung entstehen.

Die Fig. 6a, b zeigen eine Kombination der Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 5, die dementsprechend auch die genannten Vorteile gewährleisten. Die Fig. 6a stellt die Stellung der erfindungsge­ mäßen Abdichtvorrichtung in UT und die Fig. 6b die Stellung in OT dar.

Claims (9)

1. Anordnung zum Abdichten einer Kolbenstangenlagerung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der jeweils zwei auf einer Achse liegende, gegeneinander angeordnete Zylinder und Arbeitskolben vorgesehen sind, deren geradlinig hin und her gehende Kolbenstangen über einen mittig gelegenen, in einem Kurbelschleifengehäuse angeordneten umlaufenden Kurbel­ schleifentrieb gekoppelt sind, wobei die Zylinder unten zum Innenraum des Kurbelschleifengehäuses hin jeweils durch eine Trennwand verschlossen sind, die als Lagerung für die jeweilige Kolbenstange dient und als Lagernabe ausgebildet ist, und wobei innerhalb der Lagernabe ein die Kolbenstange kontaktierendes Abstreifelement sowie eine ringkolbenförmige Ölkammerhülse (12) im Bereich der Lagernabe (10) angeordnet sind, gekennzeichnet durch einen an der Kolbenstange (4) festsitzen­ den, die Ölkammerhülse (12) teilbereichsweise beim Hub der Arbeitskolben-Kolbenstangeneinheit übergreifenden Ringzylin­ der (13), wobei die Ölkammerhülse (12) und der Ringzylinder (13) eine Kolbenzylindereinheit bilden und wobei die Ölkammerhül­ se (12) kurbelschleifengehäuseseitig ein die Kolbenstange (4) formschlüssig umgebendes Abstreifringteil (12a) und zylinderseitig ein in den Vorkompressionsraum des Zylinders (1, 2) ragendes Ringkolbenteil (12b) aufweist, das in geringem Abstand von der Kolbenstange (4) angeordnet ist, so daß ein Ringspalt (14) gebildet wird, und wobei im Übergangsbereich zwischen dem Abstreifringteil (12a) und dem Ringkolbenteil (12b) innenseitig eine Ausnehmung (15) angeordnet ist und die kurbelschleifengehäuseseitige Außenringkante (17) der Ausnehmung (15) derart dicht an der Mantelfläche der Kolbenstange (4) angeordnet ist, daß sie als Abstreifelement für an der Kolbenstange (4) anhaftendes Öl fungieren kann, wenn die Kolbenstange (4) sich in Richtung des Kurbelschlei­ fengehäuses (7) bewegt und wobei die Ausnehmung (15) mit mindestens einem Auslaßkanal (18) ausgerüstet ist (Fig. 1, 2a).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Kolbenstange (4) sitzende Ringzylinder (13) zylinderseitig einen Ringboden (19) und kurbelschleifengehäu­ seseitig die Zylinderwandung (20) aufweist, und daß in den Ringzylinder-Innenraum (21) das Ringkolbenteil (12b) der Ölkammerhülse (12) mit geringem Spiel (13a) paßt, wobei dieses Spiel geringer als die Dicke des Ringspalts (14) zwischen der Kolbenstange (4) und dem Ringkolbenteil (12b) ist (Fig. 2a, b).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringzylinder (13) Teil des Kolbens (3) ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (15) eine U-förmige Ringnut ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (15) einen schmalen Eintrittsspalt (22) aufweist, der gebildet wird durch eine zylinderseitige, im Abstand von der Kolbenstange (4) angeordnete Ausnehmungs­ ringkante (23) und die benachbart dazu an der Kolbenstange (4) anliegende Abstreifringkante (17), die die freie Endkante einer sich kurbelschleifengehäuseseitig kontinuier­ lich verdickenden Konuswandung (24) der Ausnehmung (15) ist (Fig. 3).

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringkolbenteil (12b) in einer Ringnut (28) ein die Kolbenstange (4) umschließender, elastischer Abstreifring (29) angeordnet ist (Fig. 4).

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstreifring ein O-Ring (29) ist, der dem Eintritts­ spalt (22) der Ausnehmung (15) unmittelbar vorgeordnet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringboden (19) des Ringzylinders (13) Ventile (30) eingebracht sind (Fig. 5).

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (30) Flatterventile sind.