Dichtungsanordnung

Abstract

 An einem kugelförmigen Drehschieber (12) im Brennraum einer Brennkraftmaschine liegt ein um seine Achse drehbarer Dichtkörper (28) an, der außerhalb des Brennraumes im Zylinderkopf (10) angeordnet ist und einen Gaskanal (22) umgibt. Der Dichtkörper (28) hat eine vom Brennraum (26) abgekehrte ringförmige Fläche (54), die in ständiger Verbindung mit dem Brennraum (26) steht und auf die der Gasdruck im Brennraum (26) wirkt, so daß der Dichtkörper (28) vom Gasdruck gegen den Drehschieber (12) gedrückt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für einen im Brennraum einer Brennkraftmaschine angeordneten Drehschieber, der Ein- und Auslaßöffnungen von Gaskanälen im Zylinderkopf für den Gaswechsel auf-und zusteuert, mit je einem in den Gaskanälen des Zylinderkopfes axial verschiebbar angeordneten zylindrischen Dichtkörper, der mit einer, zum Brennraum hinweisenden Kraft in Anlage am Drehschieber gehalten ist.

[0002] Aus der US-A 2 283 594 ist eine derartige Dichtungsanordnung bekannt, bei der der Dichtkörper durch eine Schraubenfeder an den konisch ausgebildeten Drehschieber gedrückt wird. Die Feder muß entsprechend dem kurzzeitigen maximalen Gasdruck relativ stark ausgelegt sein und ist somit für den größten Teil des Arbeitstaktes überdimensioniert. Aufgrund der starken Anpreßkraft erfolgt eine allmähliche Riefenbildung, weswegen eine dauerhafte Abdichtung nicht möglich ist. Weiterhin ist ein absolut gleichmäßiges Anliegen des lediglich axial beweglichen Dichtkörpers am ganzen Umfang des Dichtrandes wegen der Wärmeschwankungen nicht erzielbar.

[0003] Aus der DE-A 758 968 ist es bekannt, den Dichtkörper an der Innenfläche eines etwa hohlkugelförmigen Drehschiebers durch den Gasdruck im Brennraum in Anlage zu halten. Der ringförmige Dichtkörper wird dauernd um seine Achse gedreht, worin ein Vorteil gegenüber einem stillstehenden Dichtring zu sehen ist, jedoch wird der im Brennraum liegende, vom Gasdruck in Auswärtsrichtung beaufschlagte Dichtkörper vom Brenngas umspült und kann wegen Wärmeverzug und Ölkohlebildung nicht dauerhaft abdichten.

[0004] Die DE-A 904 959 zeigt einen kugelförmigen Drehschieber, bei dem der Dichtkörper im Gaskanal des Drehschiebers drehbar eingesetzt ist. Der Dichtkörper wird durch den Gasdruck nach außen gegen die Innenfläche des Zylinderkopfes gedrückt. Die vorbeschriebenen Nachteile treten bei dieser Anordnung verstärkt auf.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung für Drehschieber zu schaffen, bei der die Dichtkörper vor und heißen Brenngasen geschützt sind eine dauerhafte, betriebssichere Abdichtung gewährleisten.

[0006] Die Erfindung besteht bei einer Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art darin, daß die dem Dichtkörper zugewandte Dichtfläche des Drehschiebers,wie an sich bekannt, kugelförmig oder eben ausgebildet ist, der Dichtkörper in an sich bekannter Weise um seine Achse drehbar ist und daß eine vom Drehschieber und dem Brennraum abgekehrte Fläche des Dichtkörpers zusammen mit einer davon im Abstand liegenden Fläche des Zylinderkopfes einen Luftspalt begrenzt, der mit dem Brennraum in dauernder Verbindung steht und daß diese Fläche des Dichtkörpers so bemessen ist, daB der auf den Dichtkörper wirkende Brennraum-Gasdruck den Dichtkörper mit einer resultierenden Kraft gegen den Drehschieber drückt.

[0007] Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß im Zylinderkopf eine relativ schwache mechanische Feder angeordnet ist, die den Dichtkörper gegen den Drehschieber drückt. Dadurch wird auch bei fehlendem Gasdruck die Anlage des Dichtkörpers am Drehschieber sichergestellt.

[0008] Die Dichtkörper liegen außerhalb des Brennraumes und sind daher gegenüber dem Brenngas geschützt. Für die Auslaßöffnungen ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Dichtkörper in einer nur zum Brennraum hin offenen ringförmigen Aussparung des Zylinderkopfes angeordnet ist. Dadurch wird ein zusätzlicher Schutz des Dichtkörpers erreicht.

[0009] Wesentlich ist, daß der Dichtkörper außerhalb des Brennraumes im Zylinder gelagert ist, daß er durch die Rotation des Drehschiebers um seine eigene Achse gedreht wird und daß er von seiner Rückseite her vom Gasdruck beaufschlag und somit gasdruckabhängig in Anlage am Drehschieber gehalten wird. Diese Dichtungsanordnung ist allen bekannten Ausführungen hinsichtlich Dichtungswirkung und Lebensdauer überlegen.

[0010] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kommuniziert. der Luftspalt mit dem Brennraum über einen Umfangsspalt zwischen dem äußeren Umfang des Dichtkörpers und dem Zylinderkopf.

[0011] Für die Realisierung der durckbeaufschlagten Fläche an der vom Brennraum abgekehrten Fläche des Dichtkörpers bietet die Erfindung verschiedene Möglichkeiten. Eine besteht darin, daß der Dichtkörper einen am Drehschieber anliegenden Außenbund aufweist, dessen Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des den Dichtkörper aufnehmenden Abschnittes des Gaskanals ist. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, daß der Dichtkörper an seiner dem Drehschieber abgekehrten Fläche eine Ringnut aufweist, in einer gegenüberliegenden Fläche des Zylinderkopfes eine entsprechende Ringnut ausgebildet ist und daß mindestens ein bandförmiger Abdichtungsring mit seinen beiden gegenüberliegenden stirnseitigen Enden in diese Ringnuten eingreift. Eine zweite Alternative besteht darin, daß der Dichtkörper in einer nur zum Brennraum hin offenen, ringförmigen Aussparung des Zylinderkopfes angeordnet ist und daß in der, die ringförmige Aussparung besgrenzenden, dem Gaskanal zugewandten Umfangswand des Zylinderkopfes mindestens eine zur ringförmigen Aussparung hin offene Umfangsnut vorgesehen ist, in der ein, an der inneren Umfangsfläche des Dichtkörpers anliegender Dichtring gelagert ist.

[0012] Anhand der Zeichnung sei die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

[0013] Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht des Dichtkörpers in größerem Maßstab,

Fig. 4 eine Längsschnittansicht durch einen Zylinderkopf mit ebenem Drehschieber,

Fig. 5 eine Schnittansicht durch den Dichtkörper ähnlich Fig. 3, jedoch für den Drehschieber gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine Schnittansicht eines abgewandelten Dichtkörpers und

Fig. 7 eine Schnittansicht eines weiter abgewandelten Dichtkörpers.

[0014] Im Zylinderkopf 10 ist ein kugelförmiger Drehschieber 12 koaxial zur Zylinderachse drehbar gelagert und wird von der nicht dargestellten Kurbelwelle über eine Verbindungswelle 14 und zwei Zahnräder 16, 18 angetrieben. Der Drehschieber 12 weist einen Gaskanal 20 auf, der nacheinander den Einlaßkanal 22 und den Auslaßkanal 24 öffnet und schließt. Der Brennraum ist mit 26 bezeichnet. Im Bereich der brennraumseitigen Öffnungen der Gaskanäle 22, 24 sind jeweils ringförmige Dichtkörper 28 um die Gaskanalachsen 30 drehbar gelagert. Jeder Dichtkörper hat eine zylindrische Wand 32 und eine stirnseitige Dichtfläche 34, die entsprechend der Außenfläche des Drehschiebers 12 als Kugelkalotten-Ringfläche ausgebildet ist. Der Gaskanal 22 hat einen erweiterten Abschnitt 36, in dem die Umfangswand 32 mit Axialspiel und geringem Radialspiel aufgenommen ist. Äußere Ringnuten 38 in der Umfangswand 32 des Dichtkörpers 28 nehmen Dichtringe 40 auf, die den Gaskanal 22 gegenüber dem Brennraum abdichten. Stirnseitig weist die Umfangswand 32 des Dichtkörpers 28 einen Außenbund 42 auf, dessen Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des Abschnittes 36 des Gaskanals 22 ist. Der Außenbund 42 liegt stirnseitig ganzflächig am Drehschieber 12 an und wird mittels einer sehr weichen Feder 44 auch bei fehlendem Gasdruck anliegend gehalten. Die Feder 44 ist in einer Ringnut 46 im Zylinderkopf 10 untergebracht, stützt sich am Nutboden ab und drückt auf die rückwärtige Stirnfläche der Umfangswand 32 des Dichtkörpers 28.

[0015] Der Bohrungsabschnitt 36 des Kanals 22 ist im Bereich der Auslaßöffnung bei 48 verbreitert, um den Außenbund 42 des Dichtkörpers 28 mit Radialspiel aufzunehmen. Zwischen der inneren Umfangsfläche des Bereiches 48 und der äußeren Umfangsfläche des Bundes 42 wird ein Umfangsspalt 50 gebildet, der ständig mit dem Brennraum 26 kommuniziert. Dieser Umfangsspalt 50 steht weiterhin mit einem radialen Luftspalt 52 in Verbindung, der zwischen einer dem Drehschieber 12 und dem Brennraum 26 abgekehrten rückwärtigen Fläche 54 des Bundes 42 des Dichtkörpers 28 und der gegenüberliegenden Fläche 56 des Zylinderkopfes 10 gebildet ist. Die rückwärtige Fläche 54 wird somit vom Gasdruck im Brennraum 26 beaufschlagt. Es ergibt sich eine resultierende Kraft, mit der der Dichtkörper 28 gegen dem Drehschieber 12 gedrückt wird, der gleich ist dem Produkt aus dem jeweiligen Gasdruck und einer Ringfläche, deren Außendurchmesser gleich dem des Bundes 42 und deren Innendurchmesser gleich dem des Gaskanalabschnittes 36 ist.

[0016] Figur 4 zeigt einen Zylinderkopf 11, in dem ein Drehschieber 13 gelagert ist, der anstelle einer kugelförmigen eine ebene Dichtfläche aufweist. Die Gaskanäle 22 münden im Zylinderkopf achsparallel zur Zylinderachse. Der zugehörige Dichtkörper 28 gemäß Figur 5 im Einlaß - kanal 22 und im nicht dargestellten Auslaßkanal unterscheidet sich von dem jenigen gemäß Figur 3 lediglich dadurch, daß die Dichtfläche 35 eben ausgebildet ist.

[0017] Figur 6 zeigt einen Dichtkörper 29 ohne Außenbund 42. Er besteht aus einem kreiszylindrischen Hohlkörper, der in einem, im Durchmesser vergröß-erten zylindrischen Abschnitt 37 des Gaskanals 22 drehbar und axial verschiebbar eingesetzt ist. In der vom Drehkörper abgewandten rückwärtigen Stirnfläche 54 des Dichtkörpers 29 ist eine Ringnut 58 ausgebildet, der eine, in der gegenüberliegenden Fläche 56 des Zylinderkopfes 11 entsprechende Rignut 60 gegenüberliegt. Ein zylindrischer Dichtring in Form eines bandförmigen Steges 61 greift mit seinen beiden gegenüberliegenden stirnseitigen Enden jeweils in die Ringnuten 58, 60 ein, Die sich außen an den Dichtring 61 anschließende rückwärtige Stirnfläche 54 des Dichtkörpers 29 bildet die gasdruck-beaufschlagte wirksame Fläche zum Andrücken des Dichtkörpers an den Drehschieber. Der Dichtkörper 29 hat einen geringen Radialabstand vom Kanalabschnitt 37 des Zylinderkopfes 11, wodurch der Umfangsspalt 50 gebildet wird, der den Brennraum mit dem Luftspalt 52 verbindet.

[0018] Gemäß Figur 7 hat der Zylinderkopf 11 eine den Gaskanal 22 umgebende ringförmige Aussparung 62, die lediglich zum Brennraum hin offen ist. In dieser Aussparung 62 ist ein Dichtkörper 29' wiederum drehbar mit Axialspiel aufgenommen. Die axiale Länge des Dichtkörpers 29' ist etwas kleiner als die Länge der ringfömrigen Aussparung 62.. Der gasdruck-beaufschlagte Luftspalt 52 ist über die gesamte, dem Drehschieber abgewandte rückwärte Stirnfläche des Dichtkörpers 29' wirksam. Der Dichtkörper 29' ist von einer, dem Gaskanal 22 zugewandten Umfangswand 64 geschützt. Diese Ausführung ist insbesondere für den Auslaßkanal vorteilhaft. In der Umfangswand 64 sind zwei, zur ringförmigen Aussparung 62 hin offene Umfangsnuten 66 vorgesehen, in denen Dichtungsringe 40 angeordnet sind, die an der Innenfläche des Dichtkörpers 29' anliegen. Zwischen der Außenfläche des Dichtkörpers 29' und der benachbarten äußeren Umfangsfläche der ringförmigen Aussparung 62 wird wiederum ein Umfangsspalt gebildet, der den Luftspalt 52 mit dem Gasdruck des Brennraumes 26 speist.

[0019] Es versteht sich, daß die Ausführungen gemäß Figuren 6 und 7 auch in Verbindung mit dem kugelförmigen Drehschieber 12 gemäß Figur 1 verwendet werden können.

Ansprüche

1. Dichtungsanordnung für einen im Brennraum einer Brennkraftmaschine angeordneten Drehschieber (12;13), der Ein- und Auslaßöffnungen von Gaskanälen (22;24) im Zylinderkopf (10; 11) für den Gaswechsel auf-und zusteuert, mit je einem in den Gaskanälen (22; 24) des Zylinderkopfes (10; 11) axial verschiebbar angeordneten zylindrischen Dichtkörper (28; 29; 29'), der mit einer, zum Brennraum (26) hinweisenden Kraft in Anlage am Drehschieber (12; 13) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Dichtkörper (28; 29; 29') zugewandte Dichtfläche des Drehschiebers (12; 13) wie an sich bekannt kugelförmig oder eben ausgebildet ist, der Dichtkörper (28; 29; 29') in an sich bekannter Weise um seine Achse (30) drehbar ist und daß eine vom Drehschieber (12;13) und dem Brennraum (26) abgekehrte Fläche (54) des Dichtkörpers (28; 29; 29') zusammen mit einer davon im Abstand liegenden Fläche (56) des Zylinderkopfes (10; 11) einen Luftspalt (52) begrenzt, der mit dem Brennraum (26) in dauernder Verbindung steht und daß diese Fläche (54) des Dichtkörpers (28; 29; 29') so bemessen ist, daß der auf den Dichtkörper (28; 29; 29') wirkende Brennraum-Gasdruck den Dichtkörper (28; 29; 29') mit einer resultierenden Kraft gegen den Drehschieber (12; 13) drückt.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf (10; 11) eine relativ schwache mechanische Feder (44) angeordnet ist, die den Dichtkörper (28; 29; 29') gegen den Drehschieber (12; 13) drückt.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (29') in einer nur zum Brennraum (26) hin offenen ringförmigen Aussparung (62) des Zylinderkopfes (11) angeordnet ist.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt (52) mit dem Brennraum (26) über einen Umfangsspalt (50) zwischen dem äußeren Umfang des Dichtkörpers (28; 29; 29') und dem Zylinderkopf (10; 11) kommuniziert.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (28) einen am Drehschieber (12; 13) anliegenden Außenbund (42) aufweist, dessen Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des den Dichtkörper (28) aufnehmenden _Ab-schnittes (36) des Gaskanals (22; 24) ist.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (29) an seiner dem Drehschieber (12; 13) abgekehrten Fläche (54) eine Ringnut (58) aufweist, in einer gegenüberliegenden Fläche (56) des Zylinderkopfes (10; 11) eine entsprechende Ringnut (60) ausgebildet ist, und daß mindestens ein bandförmiger Abdichtungsring (61) mit seinen beiden gegenüberliegenden stirnseitigen Enden in diese Ringnuten (58, 60) eingreift.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der, die ringförmige Aussparung (62) begrenzenden,den Gaskanal (22; 24) zugewandten Umfangswand (64) des Zylinderkopfes (10; 11) mindestens eine, zur ringförmigen Aussparung (62) hin offene Umfangsnut (66) vorgesehen ist, in der ein, an der inneren Umfangsfläche des Dichtkörpers (29') anliegender Dichtring (40) aufgenommen ist.

Zeichnung