Zylindrischer Drehschieber mit Abdichtung für Kolbenmotoren

Abstract

 Zylindrischer Drehschieber (9,10) mit Abdichtung für Kolbenmotoren welcher, mindestens eine quer zu seiner Längsrichtung verlaufende Durchbrechung (12,12') und zu jeder Seite derselben eine umlaufende Nut (18,19) für je einen Dichtungsring aufweist. An zumindest einer Stelle der Wand der den Drehschieber (9,10) aufnehmenden Bohrung ist mindestens eine Nut (18,19) vorgesehen, in deren jeder eine Dichtung angeordnet ist, die mit einer Stirnseite durch Federkraft gegen die Mantelfläche des Drehschiebers (9,10) anpreßbar ist. Die Durchbrechung (12,12') verläuft diametral in einem vollwandigen Teil des Drehschiebers (9,10). Das Gas führt durch den Drehschieber (9, 10) diametral hindurch. Die in der Wand der den Drehschieber (9,10) aufnehmenden Bohrung (14, 15) vorgesehene Nut (18,19) ist ringförmig. Es können auch mehrere konzentrische ringförmige Nuten vorgesehen sein, in deren jeder ein ringförmiger Dichtring (20,21) angeordnet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Drehschieber mit Abdichtung für Kolbenmotoren welcher,- mindestens eine quer zu seiner Längsrichtung verlaufende Durchbrechung und zu jeder Seite derselben eine umlaufende Nut für je einen Dichtungsring aufweist, wobei an zumindest einer Stelle der Wand der den Drehschieber aufnehmenden Bohrung mindestens eine Nut vorgesehen ist, in deren jeder eine Dichtung angeordnet ist, die mit einer Stirnseite durch Federkraft gegen die Mantelfläche des Drehschiebers anpreßbar ist.

[0002] Die nach dem Viertaktverfahren arbeitenden Kolbenmotoren sind in der überwiegenden Mehrzahl'mit gesteuerten Ventilen versehen, welche den Ladungswechsel bewerkstelligen. Zur Betätigung dieser Ventile ist ein aufwendiger Mechanismus erforderlich, welcher im allgemeinen aus Nockenwelle mit Antrieb, Stößeln, Kipphebeln, Ventilen und Ventilfedern besteht. Bei hochverdichteten Motoren mußte schon bei der Konstruktion darauf Bedacht genommen werden, daß bei der Ventilüberschneidung - beide Ventile sind gleichzeitig etwas geöffnet - ausreichend Platz für die Ventilteller vorhanden ist. Hiefür werden im Kolbenboden Vertiefungen vorge-_' sehen, deren Ränder aber überhitzt werden und so Anlaß für Glühzündungen geben können. Bei zu hohen Drehzahlen, bei Einbau zu schwacher Ventilfedern oder beim Bruch einer Ventilfeder können trotz der. soeben beschriebenen Maßnahmen die Ventilteller gegeneinander schlagen und so den Motor unbrauchbar machen.

[0003] Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die Ventile durch andere Einrichtungen, hiebei vorzugsweise durch Drehschieber, zu ersetzen; man hoffte, die geschilderten Nachteile dadurch beseitigen zu können. Es war aber nicht möglich, einwandfrei arbeitende Drehschiebermotoren zur Marktreife zu bringen. Insbesondere der Auspuffdrehschieber wurde sehr heiß, dehnte sich aus und verklemmte sich in seiner Lagerung. Anderseits war es praktisch unmöglich, eine einwandfreie Abdichtung zwischen den Schiebern und dem Verbrennungsraum zu erreichen, weil ein gewisses Mindestspiel zwischen dem Drehschieber und der ihn umgebenden Lagerbüchse, Bohrung od.dgl. notwendig war,-um die Wärmeausdehnungen des Drehschiebers aufnehmen zu können. Dadurch entstanden Ansaugverluste am Einlaßdrehschieber; am Auslaßdrehschieber konnte sich Ölkohle ansetzen, die trotz des Spiels zum Anreiben und Klemmen des Auslaßschiebers Anlaß geben konnten.

[0004] Durch die DE-OS 2 800 680 ist ein Drehschieber bekannt geworden, bei dem die Gase rechtwinkelig umgelenkt werden. Dadurch können in nachteiliger Weise Wirbelströme entstehen.

[0005] Die Erfindung hat daher zum Ziel einen Drehschieber mit Abdichtung zu schaffen,'welcher sowohl eine einwandfreie Abdichtung erbringt, als auch ein Verklemmen der Schieber in ihren Bohrungen unmöglich macht und die Mängel der bekannten Konstruktionen vermeidet.

[0006] Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß bei einem Drehschieber der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung die Durchbrechung in einem vollwandigen Teil des Drehschiebers diametral verläuft und das Gas durch den Drehschieber diametral hindurchführt und daß die in der Wand der den Drehsohieber aufnehmenden Bohrung vorgesehene Nut ringförmig ist oder es sind mehrere konzentrische ringförmige Nuten vorgesehen, in deren jeder ein ringförmiger Dichtring angeordnet, ist.

[0007] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

[0008] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Sohnitt durch Zylinder und Zylinderkopf eines mit einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ausgerüsteten Kolbenmotors in weitgehend vereinfachter Darstellung, insbesondere unter Weglassung von Trennfugen und dgl.,

Fig. 2 eine Ansicht des Drehschiebers mit Dichtung,

Fig. 3 eine Ansicht des Dichtringes in Richtung des Pfeiles III in Fig. 4,

Fig. 4 einen Teilschnitt bzw. eine Teilansicht des Dichtringes gemäß der Linie IV - IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine andere Ausbildungsmöglichkeit des Drehschiebers,

Fig. 6 einen Schnitt durch Zylinder und Zylinderkopf eines mit einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ausgerüsteten Kolbenmotors ebenfalls in weitgehend vereinfachter Darstellung,

Fig. 7 eine Ansicht des Drehschiebers mit Dichtung nach Fig. 6,

Fig. 8 eine Ansicht des Dichtringes in Richtung des Pfeiles VIII in Fig. 9,

Fig. 9 einen Teilsohnitt bzw. eine Teilansicht des Dichtringes gemäß der Linie IX - IX in Fig. 8,

Fig. 10 eine andere Ausbildungsmöglichkeit des Drehschiebers.

[0009] Von dem in Fig. 1 im Schnitt gezeigten Motor sind der Zylinder 1, der Kolben 2 mit Pleuelstange 3 und der Zylinderkopf 4 mit Räumen 5 für die Kühlflüssigkeit in vereinfachter Weise gezeigt. Mit 6 ist des weiteren der Einlaßkanal, mit 7 ist der Auslaßkanal bezeichnet. 8 bedeutet eine Gewindebohrung zum Einsetzeh einer Einspritzdüse oder auch einer Zündkerze. Die beiden Drehschieber sind mit 9 und 10 bezeichnet, wobei 9 der Einlaßdrehschieber und 10 der Auslaßdrehschieber ist. Die Drehrichtungen der beiden Schieber sind durch Pfeile angedeutet. Zum Antrieb der Drehschieber kann eine Kette vorgesehen sein, welche über ein Kettenrad an der Kurbelwelle und über je ein Kettenrad an jedem Drehschieber gelegt ist. Die Drehschieber werden von der Kurbelwelle im Verhältnis 4 : 1 angetrieben, das heißt sie laufen nur mit einem Viertel der Kurbelwellendrehzahl um.

[0010] Die Drehschieber 9, 10 bestehen aus Vollmaterial, z.B. aus einer gut wärmeleitenden Aluminiumlegierung, und haben bei der Ausführung gemäß den Fig. 1 und 2 eine quer zu ihrer Längs- oder Drehachse verlaufende Durchbrechung 12. Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein beschrähkt oder schlecht wärmeleitendes Material, z.B. keramisches Material, zu verwenden. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, anderes Material z.B. Sintermaterial, zu verwenden. Das Material kann auch gehärtet oder beschichtet sein.

[0011] Im Zylinderkopf sind zwischen dem Verbrennungsraum 13 und dem Einlaßkanal 6 sowie dem Auslaßkanal 7 zylindrische Bohrungen 14, 15 zur Aufnahme von je einem Drehschieber vorgesehen. Diese Bohrungen 14, 15 stehen über Kanäle 16, 17, die zum Kleinhalten des Gesamt - Brennraumes sehr kurz gehalten-sind, mit dem Verbrennungsraum 13 in Verbindung. Die bei- .den Bohrungen 14, 15 sind etwas größer als'der zugehörige Drehschieber, sodaß dieser an der Innenwand der Bohrung nicht anliegen kann.

[0012] Jeder der Kanäle 16, 17 ist von einer kreisförmigen Nut 18 bzw. 19 umgeben, die von der jeweils zugehörigen Bohrung 14 bzw. 15 für den jeweiligen Drehschieber ausgeht. In jede dieser Nuten ist ein Dichtring 20 bzw. 21 eingelegt, der eine ebene, in Fig. 1 untenliegende Stirnfläche 22 und eine nach einer Zylinderfläche entsprechend der Mantelfläche des Drehschiebers verlaufende Stirnfläche 23 aufweist (vgl. auch Fig. 3, 4). Durch in Fig. 1 nicht gezeigte Federn werden die Dichtringe 20, 21 gegen die Mantelfläohe des zugehörigen Drehschiebers im Bereich von dessen Durchbrechung 12 angedrückt.

[0013] In Fig. 2 ist ein Drehschieber in Ansicht gezeigt. Er besteht aus einem vollen zylindrischen Körper 30 mit der querliegenden Durchbrechung 12. Zu jeder Seite der Durchbrechung 12 ist eine umlaufende Nut 31 zur Aufnahme eines kolbenringartigen, geteilten Dichtungsringes 32 vorgesehen, welcher die Aufgabe hat, die Wärme vom Drehschieber an das Gehäuse abzuleiten. Auf zwei Zapfen 33, 34 sitzt je ein Kugellager 35, 26. Mit diesen Lagern ist jeder Drehschieber in der Bohrung 14 bzw. 15 gelagert. Der Zapfen 34 ist verlängert und trägt eine Mitnehmermuffe 37, die mittels einer Feder 38 drehfest mit dem Drehschieber verbunden ist. Des weiteren sitzt auf dem verlängerten Zapfen 34 ein Kettenrad 39, das mit der Mitnehmermuffe 37 durch einen Paßstift 40 drehfest verbunden ist. Durch eine Mutter 41 werden über eine Beilagscheibe-42 die Teile __3ß, 37 und 36 gegen den Körper des Drehschiebers gehalten.

[0014] Der ebenfalls in Fig. 2 gezeigte und in den Fig. 3 und 4 vergrößert dargestellte Dichtring 20 (bzw. 21) hat, wie schon erwähnt, eine dem Mantel des zugehörigen Drehschiebers angepaßte, nach einem Zylinder verlaufende Stirnseite 23. Diese kann mit einer besonderen Laufschicht überzogen sein, wie auch der Mantel des Drehschiebers mit einem derartigen abriebfesten und reibungsarmen Überzug versehen sein kann.

[0015] Die andere Stirnfläche 22 des Diohtringes 20 (21) ist eben und weist beim dargestellten Beispiel vier achsparallele Saok-Bohrungen 44 auf, die zur Aufnahme von Schraubendruckfedern 45 (Fig. 2) dienen, welche sich am Grunde der Nut 18 bzw. 19 abstützen und den Diohtring gegen den zugehörigen Drehsohieber drücken. Eine weitere Sackbohrung 46 dient zur Aufnahme eines nicht gezeigten, im Grund der Nut 18 (19) gehaltenen Stiftes, welcher das richtige Einsetzen des Dichtringes in die Nut sichert.

[0016] Anstelle der Bohrungen 44 und der Schraubendruckfedern 45 kann in der ebenen Stirnfläche 22 eine ringförmige Nut zur Aufnahme einer aus Draht bestehenden Wellenfeder vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, auf die Fläche 22 unmittelbar eine Ring- Wellenfeder einwirken zu lassen. Es können natürlich auch andere Federungen vorgesehen sein.

[0017] Eine andere Ausbildungsart der Drehschieber ist in Fig. 5 gezeigt. Ein soloher Drehschieber 9 (bzw. 10) hat zwei, gegebenenfalls auch mehrere, Durohbrechungen 12, 12' von verschiedener Querschnittsform und Querschnittsgröße und ist mittels einer nicht gezeigten Vorrichtung von außen her, und zwar auch bei laufendem Motor, axial verschiebbar. Damit ist es möglich, durch axiales Verstellen des Drehschiebers jeweils eine andere der Durchbrechungen 12, 12' zur Wirkung kommen zu lassen. Bei solchen mit mehreren Durchbrechungen 12, 12' versehenen Drehschiebern kann auch zwischen je zweien dieser Durchbrechungen eine Nut 31 mit Dichtungsring 32 vorgesehen sein; eine solche Ausführungsform ist in Fig. 5 veranschaulicht.

[0018] Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind anstelle des jeweils einzigen Dichtringes zwei, ggf. auch mehrere, zueinander konzentrische Dichtringe vorgesehen. Jeder dieser. Ringe ist in einer eigenen Nut gehalten. Es ist auch möglich, an der Einlaßseite beispielsweise einen Dichtring anzuordnen, an der wesentlich stärker, vor allen Dingen thermisch hochbeanspruchten Auspuffseite zwei oder mehrere konzentrische Diohtringe anzubringen.

[0019] Die Anordnung mehrere konzentrischer Dichtringe ist aber insbesondere bei großen Motoren, d.h. in Verbindung mit Drehschiebern größerer Abmessungen, möglich. Dabei kann die Anpreßkraft für jeden einzelnen Ring kleiner sein als sie bei Anordnung nur eines einzigen Ringen wäre. Es ist hiebei auch möglich, die Anpreßdrücke der einzelnen Ringe verschieden groß zu machen, etwa für den innersten Ring am größten und für jeden weiteren außen liegenden Ring immer geringer. Diese Maßnahme kann in sehr einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß alle Andrückfedern für die verschieden großen Ringe gleich stark und in gleicher Anzahl vorhanden sind.

[0020] Die Nuten mit den darin befindlichen Dichtringen können aber auch an anderen Stellen der den Drehschieber aufnehmenden Bohrung vorgesehen sein, d.h. sie müssen nicht die zwischen Drehschieber und Verbrennungsraum verlaufenden Kanäle umgeben. So können sie beispielsweise um die von den Drehschiebern wegführenden Kanäle herum ahgeordnet sein; ebenso können sie jeweils an zwischen den oben genannten Kanälen liegenden Orten, und zwar auch an einander gegenüberliegenden Stellen, vorgesehen werden. In einem solchen Fall würden die Dichtringe unter Verwendung der Darstellung gemäß Fig. 1 von oben und von unten her gegen die Drehschieber gedrüokt werden.

[0021] Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Dichtringe wird an den Drehschiebern eine einwandfreie und vollständige Abdichtung des Verbrennungsraumes nach außen erreicht. Durch das Vorhandensein von Spiel zwischen der Mantelfläche der Drehschieber und der Innenwand der zugehörigen Bohrung sind Wärmedehnungen insbesondere des Auspuffdrehschiebers möglich, ohne daß sich hiedurch Nachteile wie Klemmen oder Einfressen ergeben könnten. Die in den Drehschiebern, insbesondere im Auspuffschieber, auftretende Wärme wird auch über die beiden Ringe 32, die in dauernder und unmittelbarer Berührung mit der Innenwand der Bohrung 14.bzw. 15 stehen abgeleitet, wobei es vorzugsweise Aufgabe dieser Ringe ist, das zur Schmierung der Drehschieber zuströmende Öl von den Verbrennungsräumen fernzuhalten. Dieselmotoren, die mit einer Auspuffbremse versehen sind, das heißt Motoren, die als Bremse für-das Fahrzeug-geschaltet werden können, zeigen manchmal die Erscheinung, daß die Ventile gegen die Kraft ihrer Federn beim Bremsvorgang aufgedrückt werden, sodaß die Bremswirkung zumindest zum Teil verlorengeht. Dieser Nachteil kann bei Drehschiebermotoren keinesfalls auftreten.

[0022] Anstelle der beim beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgesehenen Wälzlager für die Drehschieber können genausogut auch Gleitlager angewendet werden. Auch die Federn, welche zum Anpressen der Dichtringe gegen die Drehschieber dienen, können durch andere Einrichtungen ersetzt werden; so kann vorgesehen sein, daß die Dichtringe durch Öldruck gegen die Drehschieber gepreßt werden.

[0023] Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 bis 10 sind mit den gleichen Bezugszeichen die Bestandteile nach den Fig. 1 bis 5 bezeichnet.

[0024] An der Außenfläche eines jeden der Dichtringe 20, 21. ist ein umlaufender Dichtring 20A bzw. 21A vorgesehen, welcher in einer Nut 18A bzw. 19A der äußeren Wand 18B bzw..19B des Dichtringes 20 bzw. 21 sitzt. Selbstverständlich können auch mehrere koaxiale umlaufende Dichtringe 20A bzw. 21A jedem Dichtring 20 bzw. 21 zugeordnet sein. Weiters besteht die Möglichkeit die umlaufenden Dichtringe auch an der Innenseite der Dichtringe 20, 21 oder nur an dieser vorzusehen. Schließlich ist es denkbar, den umlaufenden Dichtring in eine umlaufende Nut der äußeren bzw. inneren Wand der Nut 18 bzw. 19 einzusetzen.

[0025] Jeder der erwähnten Dichtringe kann auch bei konzentrischer Anordnung derselben außenseitig oder innenseitig oder beidseitig mit mindestens einem umlaufenden Dichtring versehen sein. Es besteht auch die Möglichkeit, daß nur einzelne der Dichtringe mit mindestens einem umlaufenden Dichtring der erfinduagsgemäßen Anordnung versehen sein kann.

Ansprüche

1. Zylindrischer Drehschieber mit Abdichtung für Kolbenmotoren welcher, mindestens eine quer zu seiner Längsrichtung verlaufende Durchbrechung. und'zu jeder Seite derselben eine umlaufende Nut für je einen Dichtungsring aufweist, wobei an zumindest einer Stelle der Wand der den Drehschieber aufnehmenden Bohrung mindestens eine Nut vorgesehen ist, in deren jeder eine Dichtung angeordnet ist, die mit einer Stirnseite durch Federkraft gegen die Mantelfläche des Drehsohiebers anpreßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechung (12, 12') in einem vollwandigen Teil des Drehschiebers (9, 10) diametral verläuft und das Gas durch den Drehschieber (9, 10) diametral hindurchführt und daß die in der Wand der den Drehschieber (9, 10) aufnehmenden Bohrung (14, 15) vorgesehene Nut (18, 19) ringförmig ist oder es sind mehrere konzentrische ringförmige Nuten vorgesehen, in deren jeder ein ringförmiger Dichtring (20, 21) angeordnet ist.

2. Drehschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (18, 19) bzw. die konzentrischen Nuten die vom Verbrennungsraum kommenden Kanäle (16, 17) und bzw. oder die von den Drehschiebern (9, 10) ausgehenden Kanäle (6, 7) umgeben und daß jeder Dichtring (21, 20) einerends nach einer dem Drehschiebermantel entsprechenden Zylinderfläche (23) und andernends durch eine zu seiner Achse senkrechte ebene Fläche (22) begrenzt ist.

3. Drehschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ebenen Stirnfläche (22) jedes Dichtringes (20, 21) achsparallele Sackbohrungen (44) zur Aufnahme von Schraubendruokfedern (45) und ggf. eine weitere Sackbohrung (46) für einen Arretierstift vorgesehen sind.

4. Drehschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ebenen Stirnfläche (22) jedes Dichtringes (20, 21) eine umlaufende Nut zur Aufnahme einer Wellenfeder vorgesehen ist.

5. Drehschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drehsohieber (9, 10) und bzw. oder jeder Dichtring (20, 21) an den gegenseitigen Berührungsflächen mit einer Gleitschicht oder dgl. abriebfestem Material versehen sind.

6. Drehschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehsohieber (9, 10) bei Anordnung mehrerer Durchbrechungen (12, 12') axial verschiebbar ist, sodaß jeweils eine der Durchbrechungen (12, 12') mit dem Dichtring (20, 21) bzw. mit den Dichtringen zusammenwirkt.

7. Drehschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einer der Seitenflächen des ringförmigen Dichtringes ein umlaufender Dichtring (20A, 21A) vorgesehen ist.

8. Drehschieber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Dichtring (20A, 21A) in einer Nut (18A bzw. 19A) an der Außenseite (18B, 19B) des Dichtringes (20, 21) angeordnet ist.

9. Drehschieber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Dichtring (20A, 21A) an der Innen- und an der Außenseite des Dichtringes angeordnet ist.

10. Drehschieber nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere koaxiale umlaufende Dichtringe (20A, 21A) einzelnen oder allen Dichtringen (20, 21) zugeordnet sind.

Zeichnung