DE1001858B

DE1001858B - Rotary valve for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1001858B
Application number: DER15097A
Authority: DE
Inventors: Gebhard Ringelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-09-24
Filing date: 1954-09-24
Publication date: 1957-01-31

Description

Drehschieber für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehschieber für Brehnktäi`tmäschinen; der sich auf einem feststehenden zylindrischen Einsatz dreht, dessen Ihnenraum als Brennraum dient.Rotary slide valve for internal combustion engines The invention relates to a rotary valve for Brehnktäi`tmaschinen; which is on a fixed cylindrical Insert rotates, the space of which serves as a combustion chamber.

Ein bekannter Drehschieber dieser Art besitzt einen um einen zylindrischen Einsatz sich drehenden zylindrischen Schieber, dessen Stirnseiten mit einer Reihe von gleichachsigen zylindrischen Ringansätzen versehen sind. Dieser Drehschieber hat einen gemeinsamen Ein- und Auslaßkanal, wobei ein Teil der Fläche des zylindrischen Schiebers während bestimmter Zeitpunkte -der Einwirkung der hocherhitzten, -iriz Einsatz befindlichen Gase ausgesetzt ist, so daß sich der Schieberkörper ungleichmäßig erwärmt. Hierdurch kann sich der zylindrische Drehschieber verziehen. Die Dichtung des Drehschiebers ist aus diesem Grunde problematisch.A known rotary valve of this type has a cylindrical one Use rotating cylindrical slide, whose end faces with a row are provided by equiaxed cylindrical ring approaches. This rotary valve has a common inlet and outlet channel, with part of the surface of the cylindrical Slide during certain times -the action of the highly heated, -iriz Use is exposed to gases, so that the valve body is uneven warmed up. This can cause the cylindrical rotary valve to warp. The seal the rotary valve is problematic for this reason.

Es ist ferner bekannt, einen kalottenförmigen Drehschieber drehbar auf dem Zylinderkopf anzuordnen. Ein Kalottenschieber hat den Nachteil, daß die Lauffläche der Kalotte im Verhältnis zu den Öffnungen groß ist. Auch- sind die Unterschiede der Umdrehungswege der Flächen beim Pol gegenüber den anderen Flächen groß. Ein solcher Schieber nutzt sich ungleichmäßig ab. Auch ist die Erwärmung der Kalotte an verschiedenen Stellen unterschiedlich, so daß sich der Schieber verziehen kann. Auch in diesem Fall ist keine dauerhafte Dichtung zu erzielen.It is also known to rotate a dome-shaped rotary valve to be arranged on the cylinder head. A spherical slide has the disadvantage that the The tread of the spherical cap is large in relation to the openings. Also- are the differences the rotation paths of the surfaces at the pole are large compared to the other surfaces. A such a slide wears unevenly. Also is the heating of the calotte different in different places, so that the slide can warp. In this case, too, no permanent seal can be achieved.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile, und sie besteht darin, daß der Drehschieber, wie an sich bekannt, doppelwandig ausgeführt ist, wobei der Raum zwischen den Wänden der Zufuhr der Frischladung dient, und daß die äußere Oberfläche der Außenwand des Drehschiebers die Gestalt einer Kugelzone besitzt. Der Vorteil. dieser Anordnung besteht darin, daß auf Grund der Doppelwandigkeit eine gute Kühlmöglichkeit gegeben ist, da zwischen den Wänden die Frischgase strömen, welche die durch heiße Motorgase auf die Wandungen übertragene Wärme aufnehmen. Die Lebensdauer des Drehschiebers ist dadurch günstig beeinflußt, und ein Verziehen des Drehschiebers ist weitestgehend ausgeschaltet, obwohl auch hier während des Arbeitshubes des Motorkolbens ein Teil der Innenwand des Drehschiebers den heißen Gasen ausgesetzt ist. Ein weiterer Vorteil des Drehschiebers besteht darin, daß die äußere Oberfläche die Gestalt einer Kugelzone besitzt: Die Abweichung der Drehgeschwindigkeit der Flächen bei der.äquatorialen Zone gegenüber derjenigen der Randflächen ist relativ gering, so daß mit einer annähernd gleichen Abnutzung an der Gesamtoberfläche zu rechnen ist, da auch die absoluten Gleitwege auf Grund der Ein- und Auslässe an allen Stellen etwa gleich groß sind. Es sind zwar auch Kugelzonenschieber bekannt, jedoch sind diese nicht doppelwandig ausgeführt; außerdem laufen sie nicht auf'einem-@feststehenden zylindrischen Einsatz. Durch das Laufen auf einem zylindrischen Einsatz ist die Abdichtung des Kugelzonendrehschiebers besonders einfach.The invention avoids these disadvantages, and it consists in that the rotary valve, as known per se, is double-walled, the space between the walls serves to supply the fresh charge, and that the outer surface the outer wall of the rotary valve has the shape of a spherical zone. The advantage. This arrangement is that due to the double-walled a good cooling possibility is given, since the fresh gases flow between the walls, which the hot through Engine gases absorb heat transferred to the walls. The life of the rotary valve is thereby favorably influenced, and a distortion of the rotary valve is largely switched off, although here too a part during the working stroke of the engine piston the inner wall of the rotary valve is exposed to the hot gases. Another advantage of the rotary valve is that the outer surface has the shape of a spherical zone possesses: The deviation of the rotational speed of the surfaces at the equatorial Zone opposite that of the edge surfaces is relatively small, so that with an approximate The same wear is to be expected on the entire surface, as the absolute Glide paths due to the inlets and outlets are roughly the same at all points. Ball zone slides are also known, but they are not double-walled executed; in addition, they do not run on a fixed cylindrical insert. The ball zone rotary valve is sealed by running on a cylindrical insert particularly easy.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen Fig. 1, 2, 3, 5, 7, 9 und 11 einen um einen Einsatz drehbaren Kugelzonenschieber in verschiedenen Arbeitsstellungen, schematisch dargestellt, wobei die Fig. leinen Schnitt nach Linie 1-I der Fig. 2 darstellt, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 1, Fig. 4, 6, 8, 10 und 12 in schematsicher Darstellung die Motorkurbelstellung zu den entsprechenden Schieberstellungen, Fig. 13 und 14 die Innenwand des Drehschiebers mit einem anders ausgeführten Einsatz, und zwar Fig. 13 einen Schnitt nach Linie XIII-XIII der Fig. 14 und Fig. 14 einen Schnitt nach Linie XIV-XIV der Fig. 13, Fig. 15 einen Kugelzonenschieber mit geteiltem Gehäuse.Further details of the invention are based on the in the drawing illustrated embodiment described. 1, 2, 3, 5, 7, 9 show and 11 a ball zone slide rotatable about an insert in various working positions, shown schematically, the figure being a section along line 1-I of FIG Fig. 2 shows a section along line II-II of Fig. 1 and Fig. 3 shows a section according to line III-III of FIGS. 1, 4, 6, 8, 10 and 12 in a schematic representation the motor crank position to the corresponding slide positions, Figs. 13 and 14 the inner wall of the rotary valve with a differently designed insert, namely 13 shows a section along line XIII-XIII in FIG. 14 and FIG. 14 shows a section along line XIV-XIV of FIGS. 13, 15, a spherical zone slide with a split housing.

Wie aus den entsprechenden Figuren ersichtlich, ist in einem Gehäuse 1 ein Kugelzonenschieber 2 um einen feststehenden zylindrischen, einen Brennraum 19 besitzenden Einsatz 3 drehbar -angeordnet. Im Einsatz 3 ist eine Querwand 4 vorgesehen, die eine Zündkerze bzw. eine Einspritzdüse aufnehmen kann (nicht dargestellt). Im durch die Querwand 4 und eine teilzylindTische Wand 5 ,des Einsatzes 3 gebildeten Raum 6 ist ein Kühlmittel, z. B. Öl, eingefüllt. Der feststehende Einsatz 3 besitzt einen Durchlaß 7 und das Gehäuse 1 einen Auslaß 8 und einen Einlaß 9. As can be seen from the corresponding figures, a spherical zone slide 2 is rotatably arranged in a housing 1 around a stationary cylindrical insert 3 having a combustion chamber 19. In the insert 3, a transverse wall 4 is provided which can accommodate a spark plug or an injection nozzle (not shown). In the space 6 formed by the transverse wall 4 and a TeilzylindTische wall 5, the insert 3 is a coolant, for. B. Oil, filled. The fixed insert 3 has a passage 7 and the housing 1 has an outlet 8 and an inlet 9.

Der Kugelzonenschieber ist doppelwandig ausgeführt und besitzt eine Außenwand 10 und eine Innenwand 11, die einen Durchgangskanal 12 zum Führen von Frischgas umschließen. Radial verlaufende Wände 13 und 14 verbinden Innen- und Außenwände 10, 11, wobei sich nach dem Durchgangskanal 12 zu an die Wand 14 eine auf dem zylindrischen Einsatz 3 gleitende teilzylindrische Wand 15 mit einer radialen Prallwand 16 anschließt. Zwischen den Wänden 13, 14 liegt ein Auslaßkanal 20. In der Innenwand 11 ist eine Ausnehmung 17 und an der Außenwand 10 ist ein Durchbruch 18 angeordnet, so daß der Durchgangskanal 12 über beide COffnungen mit dem Einlaß 9 und dem Durchlaß 7 zu dem Brennraum 19 des zylindrischen Einsatzes 3 Verbindung haben kann.The ball zone slide is double-walled and has an outer wall 10 and an inner wall 11, which enclose a passage 12 for guiding fresh gas. Radially extending walls 13 and 14 connect inner and outer walls 10, 11, with a partially cylindrical wall 15 sliding on the cylindrical insert 3 with a radial baffle wall 16 adjoining the wall 14 after the passage 12. An outlet channel 20 is located between the walls 13, 14. A recess 17 is arranged in the inner wall 11 and an opening 18 is arranged on the outer wall 10, so that the passage channel 12 via both openings with the inlet 9 and the passage 7 to the combustion chamber 19 of the cylindrical insert 3 may have connection.

Die Arbeitsweise des Schiebers ist folgende: In den Fig. 1 bis 3 ist der Schieber in Abgasauslaßstellung (Auspuffperiode) gezeichnet. Die Kugelzone steht derart, daß der Durchlaß 7 des zylindrischen Einsatzes über den Auslaßkanal 20 des Kugelzonenschiebers 2 mit dem Auslaß 8 des Gehäuses 1 inVerbindung steht. Diese Stellung entspricht der in Fig.4 gezeigten Kurbelwellenstellung. Das Abgas wird also aus-,gestoßen.The operation of the slide is as follows: In Figs the slide is drawn in the exhaust gas outlet position (exhaust period). The ball zone stands such that the passage 7 of the cylindrical insert via the outlet channel 20 of the Ball zone slide 2 with the outlet 8 of the housing 1 is in connection. These Position corresponds to the crankshaft position shown in Figure 4. The exhaust is so ejected, ejected.

In Fig. 5 ist der Kugelzonenschieber 2 so weit gedreht, daß der Auslaßkanal 20 zum größten Teil am Auslaß 8 vorbeigeglitten ist, während der Durchbruch 18 gerade beginnt, den Einlaß 9 des Gehäuses 1 mit dem Durchgangskanal 12 zu verbinden. Dabei ist der Durchlaß 7 des zylindrischen Einsatzes 3 durch die Wandung 15 des Kugelzonenschiebers 2 schon teilweise abgedeckt, während die Ausnehmung 17 beginnt, den Durchgangskanal 12 über den Durchlaß 7 mit dem Brennraum 19 des Motors zu verbinden. Die Kurbelwelle hat in diesem Augenblick die in Fig. 6 dargestellte Stellung.In Fig. 5, the ball zone slide 2 is rotated so far that the outlet channel 20 has slipped past the outlet 8 for the most part, while the opening 18 is straight begins to connect the inlet 9 of the housing 1 to the passage 12. Included is the passage 7 of the cylindrical insert 3 through the wall 15 of the ball zone slide 2 already partially covered, while the recess 17 begins, the passage channel 12 to connect via the passage 7 with the combustion chamber 19 of the engine. The crankshaft has the position shown in FIG. 6 at this moment.

Beim Weiterdrehen der Kurbelwelle beginnt die Ansaugung von Frischgas. Der Kugelzonenschieber 2 erhält eine Stellung nach Fig. 7, die einer Kurbelstellung nach Fig. 8 entspricht. Der Einlaß 9 des Gehäuses 1 steht über den Durchbruch 18, den Durchgangskanal 12, die Ausnehmung 17 und den Durchlaß 7 mit dem Verbrennungsraum 19 in Verbindung. Während des Saughubes ist der Auslaßkana120 des Kugelzonenschiebers 2 durch die Wandung des Gehäuses 1 und die Wandung des zylindrischen Einsatzes 3 vollkommen abgedeckt. Ein Rückströmen von Auspuffgasen ist deshalb von dieser Stellung an nicht möglich.When the crankshaft continues to turn, fresh gas begins to be drawn in. The ball zone slide 2 is given a position according to FIG. 7, that of a crank position according to Fig. 8 corresponds. The inlet 9 of the housing 1 is above the opening 18, the passage channel 12, the recess 17 and the passage 7 with the combustion chamber 19 in connection. The outlet channel 120 of the ball zone valve is during the suction stroke 2 through the wall of the housing 1 and the wall of the cylindrical insert 3 completely covered. A backflow of exhaust gases is therefore from this position on not possible.

Gemäß Fig.9, welcher die Stellung der Motorkurbel nach Fig. 10 entspricht, ist die Gaszufuhr zum Motor vollkommen abgedeckt. Der Kugelzonenschieber 2 liegt derart, daß der Durchbruch 18 durch die Wandung des Gehäuses 1 vollkommen abgedeckt ist, während die Ausnehmung 17 von der Wandung des zylindrischen Einsatzes 3 verschlossen ist. Eine Verbindung zwischen dem Einlaß 9 des Gehäuses 1 und dem Brennraum 19 ist nicht mehr vorhanden. Der Auslaßkanal 20 ist auf der einen Seite durch die Wandung des zylindrischen Einsatzes 3 abgedeckt, so daß auch kein Gasaustritt möglich ist. Der Kompressionshub kann nunmehr erfolgen. In der Nähe des oberen Totpunktes des Kolbens erfolgt die Zündung und danach folgend die Expansion des entzündeten Gas-Luft-Gemisches. Die Kurbelwelle erreicht dabei die Stellung nach Fig. 12, in welcher der Kugelzonenschieber 2 die Lage gemäß Fig. 11 bekommt. Der Auslaßkanal 20 erhält in diesem Moment eine Verbindung mit dem Auslaß 8, wobei gleichzeitig der Durchlaß 7 des zylindrischen Einsatzes 3 freigegeben wird. Während dieser nun beginnenden Auspuffperiode steht der Durchgangskanal 12 nicht mit dem Einlaß 9 in Verbindung, da der Durchbruch 18 gegenüber dem Einlaß 9 liegt und nun fortlaufend durch die Wandung des Gehäuses 1 abgedeckt wird, während die Ausnehmung 17 durch die Wandung des zylindrischen Einsatzes 3 abgedeckt ist.According to FIG. 9, which corresponds to the position of the motor crank according to FIG. 10, the gas supply to the engine is completely covered. The ball zone slide 2 is located in such a way that the opening 18 is completely covered by the wall of the housing 1 is, while the recess 17 is closed by the wall of the cylindrical insert 3 is. A connection between the inlet 9 of the housing 1 and the combustion chamber 19 is not available anymore. The outlet channel 20 is on one side through the wall of the cylindrical insert 3 covered so that no gas leakage is possible. The compression stroke can now take place. Near the top dead center of the The piston is ignited and then the inflamed gas-air mixture expands. The crankshaft thereby reaches the position according to FIG. 12, in which the ball zone slide 2 gets the position according to FIG. 11. The outlet channel 20 receives a at this moment Connection to the outlet 8, at the same time the passage 7 of the cylindrical Insert 3 is released. During this now starting exhaust period stands the through-channel 12 is not in communication with the inlet 9, since the opening 18 opposite the inlet 9 and now continuously through the wall of the housing 1 is covered, while the recess 17 through the wall of the cylindrical Insert 3 is covered.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird der Durchgangskanal 12 jeweils nur von Frischgas durchströmt. Hierbei werden die Wandungen des Kugelzonenschiebers gekühlt. Der Kugelzonenschieber behält also an seinen Gleitflächen eine gleichmäßige Temperatur, d. h. an den äußeren wie auch an den inneren Drehflächen. Auch die Wandungen 13,14 des Ausla.ßkanals 20 werden von Frischgasen so abgekühlt, daß ein Verziehen des Schiebers vermieden wird.As can be seen from the drawing, the through channel 12 is each only fresh gas flows through it. Here, the walls of the ball zone slide chilled. The ball zone slide thus maintains a uniform shape on its sliding surfaces Temperature, d. H. on the outer as well as on the inner rotating surfaces. The walls too 13, 14 of the Ausla.ßkanals 20 are cooled by fresh gases so that warping of the slide is avoided.

Zur Kühlung des zylindrischen Einsatzes dient ein Kühlmittel im Raum 6.A coolant in the room is used to cool the cylindrical insert 6th

Das Gehäuse 1 kann geteilt ausgeführt sein und federnd auf dem Kugelzonenschieber 2 aufliegen (s. Fig. 15). Auf Grund dieser Ausführung ist eine lange Lebensdauer bei vollkommener Abdichtung beider Teile gegeneinander gesichert. Da die Umlaufwege im Raum des Äquators gegenüber den Wegen bei den äußeren Grenzen des Kugelzonenschiebers keine übermäßigen Unterschiede aufweisen, ist auch die Abnutzung des Einsatzes, 3; der Kugelzone 2 und des Gehäuses 1 an allen Gleitflächen etwa gleich, was auch durch die Verkleinerung der Gleitfläche in der äquatorialen Zone auf Grund der Ein- und Auslässe 8 und 9 bedingt ist.The housing 1 can be divided and resilient on the ball zone slide 2 rest (see Fig. 15). Due to this design, it has a long service life secured against each other when both parts are completely sealed. As the circulation routes in the space of the equator opposite the paths at the outer limits of the spherical zone slide do not show excessive differences, also the wear and tear of the insert, 3; the spherical zone 2 and the housing 1 on all sliding surfaces approximately the same, which also by reducing the sliding surface in the equatorial zone due to the and outlets 8 and 9 is conditional.

Wie in den Fig. 13 und 14 dargestellt, kann der Einsatz auch anders ausgeführt sein als oben beschrieben. Der zylindrische Einsatz 3 besitzt an den äußeren Flächen 21 Ausnehmungen 22, in denen Kolbenringe angeordnet sind. Eine weitere Ausnehmung 23 ist exzentrisch zu der Achse des Einsatzes ausgearbeitet und nimmt eine entsprechende federnde Dichthülse 24 auf, die mittels ihrer Federkraft nach außen gedrückt wird. Hierdurch ist eine besonders gute und sich selbst nachstellende Abdichtung zwischen dem zylindrischen Einsatz und der Wand 11 des Kugelzonenschiebers garantiert, da durch die Federung der Kolbenringe 22 und der Dichthülse 24 bei Abnutzung jeweils eine feste Anlage und damit eine Abdichtung gesichert ist. Die Dichthülse 24 und die Kolbenringe 22 sind durch im Einsatz gelagerte Anker 26 gegen Mitdrehen gesichert, so daß eine Verklemmung der konisch ausgebildeten Dichthülse 24 zwischen den Wandungen des Kugelzonenschiebers und des Einsatzes nicht möglich ist. Die Anker 26 können am Fuß und Kopf des Einsatzes befestigt sein.As shown in FIGS. 13 and 14, the insert can also be designed differently than described above. The cylindrical insert 3 has on the outer surfaces 21 recesses 22 in which piston rings are arranged. Another recess 23 is machined eccentrically to the axis of the insert and receives a corresponding resilient sealing sleeve 24, which is pressed outward by means of its spring force. This guarantees a particularly good and self-adjusting seal between the cylindrical insert and the wall 11 of the ball zone slide, since the springing of the piston rings 22 and the sealing sleeve 24 ensures a firm contact and thus a seal when worn. The sealing sleeve 24 and the piston rings 22 are secured against rotation by anchors 26 mounted in the insert, so that the conical sealing sleeve 24 cannot jam between the walls of the ball zone slide and the insert. The anchors 26 can be attached to the base and head of the insert.

Der beschriebene Drehschieber ist für Zweitakter und Viertakter geeignet. Der Einsatz kann axial oder in einem Winkel zum Motorzylinder stehen. Die Kanten 30 des Durchbruches 18 und Durchlasses 7 sind abgeschrägt, um den Gasdurchfluß zu begünstigen.The rotary valve described is suitable for two-stroke and four-stroke engines. The insert can be axial or at an angle to the engine cylinder. The edges 30 of the opening 18 and passage 7 are beveled to allow gas to flow through favor.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Rotary valve for internal combustion engines, which rotates on a fixed cylindrical insert, the interior of which serves as a combustion chamber, characterized in that the rotary valve (2), as known per se, is double-walled (10, 11), the space (12) between the walls (10, 11) serves to supply the fresh charge, and that the outer surface of the outer wall (10) of the rotary valve has the shape of a spherical zone. 2. Rotary slide valve according to claim 1, characterized in that, in a manner known per se, the housing (1) receiving the rotary slide valve is axially divided and the spherical zone (2) resiliently comprises (Fig. 15). 3. Rotary valve according to claim 1 or 2, characterized in that the outer surface (21) of the fixed insert (3) carrying the cylindrical inner wall (11) of the rotary valve in an annular zone (23) at the level of a gas passage (7) provided in use Has sealing sleeve (24) lying resiliently against the cylindrical inner wall of the slide, which is secured against rotation by pins (26) arranged on the insert parallel to the axis of the insert (3), the pins (26) also being arranged in the insert (3) with sealing rings (22) can secure against twisting (Fig. 13 and 14). 4. Rotary slide valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axis of the rotary slide valve (2) is at an angle to the cylinder axis. Considered publications: German Patent Nos. 247 337, 663 479, 830 849; Swiss Patent No. 153 912; French patents nos. 411 339, 454 938.