DE102009053720A1

DE102009053720A1 - Sealing device for sealing sliding sleeve utilized for gas exchange control in opposed-piston diesel engine, has sealing seat whose outer diameter is equal to or smaller than inner diameter of sleeve serving for piston guide

Info

Publication number: DE102009053720A1
Application number: DE102009053720A
Authority: DE
Inventors: Otto Dr.-Ing. Daude; Günter Elsbett
Original assignee: Daude Otto Dr-Ing Mba
Current assignee: Daude Otto Dr-Ing Mba
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-05-19

Abstract

The sealing device has a sealing seat whose outer diameter is equal to or smaller than inner diameter of a sliding sleeve (13), where the sliding sleeve comprises a step-shaped sealing portion at a sealing face. The inner diameter of the sliding sleeve serves for piston guide. The sealing seat is designed in the form of a cone. The sealing seat mounted in a cylinder is made of suitable material than the cylinder, where the sliding sleeve rests on the sealing seat in a closed state.

Description

Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung bei Gegenkolbenmotoren geeignet, deren das Arbeitsgas zu- und abführenden Steuerschlitze, bzw. Kanäle im Bereich der oberen Kolbentotpunkte angeordnet sind. Es ist bekannt (Elsbett, OS 1906542), den Gaswechsel in Verbrennungsmotoren durch Schiebebüchsen zu steuern. Es ist auch bekannt (Daude, DE 20 2005 021 624 U1 und DE 20 2006 020 546 U1 ) durch solche, den Gaswechsel steuernde Schiebebüchsen in Gegenkolbenmotoren ein Schlitzüberlaufen der Kolben zu vermeiden. Hierbei sind beliebige Steuerzeiten sowohl im Zweitaktverfahren als auch im Viertaktverfahren erzielbar. Besonders kritisch gestaltet sich hierbei allerdings eine sichere Abdichtung der Schiebebüchsen gegen die durch sie gesteuerten zu- und abführenden Gaskanäle, da insbesondere bei Dieselmotoren hohe Drücke während der Verdichtung und Expansion des Arbeitsgases auftreten.The invention is particularly suitable for use in opposed-piston engines whose working gas supply and discharge control slots, or channels are arranged in the region of the upper Kolbentotpunkte. It is known (Elsbett, OS 1906542) to control the gas exchange in internal combustion engines by sliding bushes. It is also known (Daude, DE 20 2005 021 624 U1 and DE 20 2006 020 546 U1 ) by such, the gas exchange controlling sliding bushes in opposed piston engines to avoid slit overflow of the piston. Any desired timing can be achieved both in the two-stroke process and in the four-stroke process. Particularly critical here, however, designed a secure sealing of the sliding bushes against the controlled by them incoming and outgoing gas ducts, since particularly in diesel engines high pressures occur during the compression and expansion of the working gas.

Die bekannte Zylinderabdichtung für lateral bewegte Kolben mittels gegen den Gasdruck dichtenden Kolbenringen lässt sich jedoch aus räumlichen Gründen für die Schiebebüchse nicht vornehmen. Vielmehr kommt hier entweder eine Ausführung ähnlich der eines Ventils infrage, d. h. die Schiebebüchse weist an ihrer die Kanalöffnung steuernden Kante einen kegelförmigen Dichtsitz auf, oder sie verschließt – wie bei Schiebersteuerungen bekannt – die Kanalöffungen durch Überdeckung. Es ist aus den o. g. Erfindungen (Daude, DE 20 2005 021 624 U1 und DE 20 2006 020 546 U1 ) auch bekannt, beide Methoden der Abdichtung gleichzeitig anzuwenden.However, the known cylinder seal for laterally moving pistons by means of seals against the gas pressure piston rings can not be made for reasons of space for the sliding sleeve. Rather, here either a similar embodiment of a valve in question, ie the sliding sleeve has at its the channel opening controlling edge on a conical sealing seat, or it closes - as in slider controls known - the channel openings by overlapping. It is from the above inventions (Daude, DE 20 2005 021 624 U1 and DE 20 2006 020 546 U1 ) also known to apply both methods of sealing simultaneously.

Das Überfahren der Öffnungen durch die Steuerkante der Schiebebüchse hat den Nachteil, dass sie gegen höhere Drücke nur unzulänglich abdichtet, da die Schiebebüchse ein Mindestspiel benötigt um ihre Bewegbarkeit sicherzustellen. Zudem muss die Überdeckungsstrecke kurz gehalten werden, um große Hübe der Schiebebüchsen als auch Reibung zu vermeiden. Durch den zwangsläufig verbleibenden Spalt kann viel Gas, besonders bei niedrigen Drehzahlen entweichen.The driving over the openings through the control edge of the sliding sleeve has the disadvantage that it seals against high pressures only inadequate, since the sliding sleeve requires a minimum clearance to ensure their mobility. In addition, the coverage distance must be kept short in order to avoid large strokes of the sliding bushes and friction. Due to the inevitable remaining gap can escape a lot of gas, especially at low speeds.

Die Ausführung einer ventilsitzartig dichtenden Stirnseite einer Schiebebüchse mit durchgehend gleichem Innendurchmesser unterscheidet sich in der Funktion von üblichen Ventilen dadurch, dass der Gasdruck keine schließende Kraft auf die Abdichtungsfläche ausüben kann. Im Gegenteil, wenn die Abdichtung nicht flächendeckend dicht ist, kann unter Druck stehendes Gas in den entstehenden Spalt geraten und sucht diesen zu vergrößern, wodurch die Schiebebüchse aufgedrückt werden kann oder mindestens weiter undicht würde.The execution of a valve seat-like sealing end face of a sliding sleeve with the same internal diameter throughout differs in the function of conventional valves in that the gas pressure can exert no closing force on the sealing surface. On the contrary, if the seal is not completely dense, pressurized gas can get into the resulting gap and seeks to increase it, whereby the sliding sleeve can be pressed or at least continue to leak.

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht somit darin, den Gasdruck durch konstruktive Maßnahmen als Hilfskraft zum Geschlossen halten der Schiebebüchsen zu nutzen.The object of the invention is therefore to use the gas pressure by constructive measures as an auxiliary power to keep closed the sliding bushes.

Das wird erfindungsgemäß durch eine Druckstufe im Innendurchmesser der Schiebebüchse im Bereich der dichtenden Stirnfläche erreicht, d. h. der äußere abdichtende Dichtungsdurchmesser ist kleiner als der druckwirksame Innendurchmesser der Schiebebüchse. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass die büchsenschließenden Kräfte größer sind als jene, welche büchsenöffnend wirken. Da sich der Dichtsitz mit der Druckstufe im Bereich des Kolben-Feuersteges befindet, wenn der Kolben im oberen Totpunkt steht, muss zur Kollisionsvermeidung der Kolbendurchmesser in diesem Bereich kleiner als der innere Durchmesser des Dichtsitzes sein. Aus praktischen Gründen kann der im Zylinder befindliche Dichtsitz auswechselbar ausgeführt werden. Damit kann, ähnlich wie bei konventionellen Ventilsitzen, ein gut geeigneter Werkstoff verwendet werden.This is inventively achieved by a pressure step in the inner diameter of the sliding sleeve in the region of the sealing face, d. H. the outer sealing sealing diameter is smaller than the pressure-effective inner diameter of the sliding sleeve. This design ensures that the bushing closing forces are greater than those which open the bushing. Since the sealing seat with the pressure stage is in the region of the piston land, when the piston is at top dead center, the piston diameter in this area must be smaller than the inner diameter of the sealing seat to avoid collision. For practical reasons, the sealing seat located in the cylinder can be made interchangeable. Thus, similar to conventional valve seats, a well-suited material can be used.

Vergleichbar wie bei herkömmlichen Bi-Metallventilen mit unterschiedlichen Ventilschaft- und Ventilteller-Werkstoff, kann im dichtenden Bereich der Steuerbüchse ein von deren Grundmaterial abweichendes, besser geeignetes Material verwendet werden. Während im gleitenden Teil und in dem Bereich der von den Kolben und Kolbenringen überstrichen wird, zweckmäßigerweise ein herkömmliches Zylinderbüchsenmaterial mit guten Gleiteigenschaften verwendet wird, kann die Schiebebüchse im Bereich ihrer Dichtfläche aus hochfestem und wärmebeständigen Werkstoff gefertigt sein. Wie bei herkömmlichen Ventilen können die verschiedenen Materialien durch Reibschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder andere geeignete Verbindungsverfahren verbunden sein. Der Vorteil dieser Ausführung mit unterschiedlichen Werkstoffen ist eine höhere Festigkeit und Temperaturbelastbarkeit.Comparable as in conventional bi-metal valves with different valve stem and valve disk material, in the sealing area of the control box one of their base material deviating, better suited material can be used. While in the sliding part and in the area is covered by the piston and piston rings expediently a conventional cylinder liner material is used with good sliding properties, the sliding sleeve can be made in the region of its sealing surface of high-strength and heat-resistant material. As with conventional valves, the various materials may be joined by friction welding, electron beam welding, or other suitable bonding methods. The advantage of this design with different materials is a higher strength and temperature resistance.

Bildbeschreibung:Picture description:

1 zeigt einen Querschnitt durch einen Gegenkolbenmotor. Zwei Kolben 1 und 2 bewegen sich gegenläufig in einem Motorgehäuse bestehend aus zwei Kurbelgehäusen 3 und 4 und zwei Zylinderhälften 5 und 6 die durch ein Zylindermittelteil 7 miteinander verbunden sind. Die Kolben werden angetrieben durch zwei Kurbelwellen 8 und 9, sowie die Pleuel 10 und 11. Ihre Bewegung wird durch einen Rädertrieb 12 synchronisiert. Die Kolben laufen in den Schiebebüchsen 13 und 14, welche ihrerseits in den Zylinderhälften 5 und 6 verschiebbar geführt sind. Durch deren Verschiebung können die ringförmigen Gaskanäle 15 und 16 unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden. 1 shows a cross section through an opposed piston engine. Two pistons 1 and 2 move in opposite directions in a motor housing consisting of two crankcases 3 and 4 and two cylinder halves 5 and 6 through a cylinder middle part 7 connected to each other. The pistons are driven by two crankshafts 8th and 9 , as well as the connecting rods 10 and 11 , Their movement is driven by a wheel drive 12 synchronized. The pistons run in the sliding bushes 13 and 14 , which in turn in the cylinder halves 5 and 6 are guided displaceably. By their displacement, the annular gas channels 15 and 16 be opened and closed independently of each other.

2 zeigt die Einzelheiten des vorgenannten Querschnittes im Bereich der Abdichtung der Schiebebüchsen 13 und 14. Die Schiebebüchse 13 ist im geöffneten Zustand und die Schiebebüchse 14 im geschlossenen Zustand gezeigt. Der Dichtsitz für die Schiebebüchsen ist im Zylindermittelteil 7 angebracht und als kegelförmiger Dichtsitz 15 und 16 ausgeführt, auf dem die jeweils am dichtenden Ende der Schiebebüchsen angebrachte kegelförmige Dichtfläche im geschlossenen Zustand aufliegt. Auf der Ringfläche, die durch den inneren Durchmesser 17 der Schiebebüchse und dem inneren Durchmesser 18 des Dichtsitzes gebildet wird, lastet jeweils der Gasdruck, der auch in der Schiebebüchse während des Arbeitshubes herrscht. Dieser Druck presst die Schiebebüchsen gegen den Sitz. Im geschlossenen Zustand fährt das dichtende Ende der Schiebebüchse ein kurzes Stück in eine Passung 19, welche der Unterstützung des dichtenden Endes der Schiebebüchse dient und deren Aufplatzen durch hohe Gasdrücke verhindert. Bedingung für eine ordnungsgemäße Funktion ist, dass der äußere Durchmesser des Dichtsitzes nicht größer als der Innendurchmesser der Schiebebüchse ist und der Raum hinter dem Dichtsitz ausreichend entlüftet ist, so dass sich bei undichtem Sitz dort kein Druck aufbaut. Diesem Zweck der Entlüftung dienen örtliche Nuten 20, die an einigen Stellen des Umfangs der Passung 19 angebracht sind. 2 shows the details of the above cross-section in the field of sealing the sliding bushes 13 and 14 , The sliding sleeve 13 is in the open state and the sliding sleeve 14 shown in the closed state. The sealing seat for the sliding bushes is in the middle of the cylinder 7 attached and as a cone-shaped sealing seat 15 and 16 executed, on which rests the respectively mounted on the sealing end of the sliding bushes conical sealing surface in the closed state. On the ring surface, by the inner diameter 17 the sliding sleeve and the inner diameter 18 is formed of the sealing seat, in each case the gas pressure prevails, which also prevails in the sliding sleeve during the working stroke. This pressure presses the sliding bushes against the seat. When closed, the sealing end of the sliding sleeve moves a short distance into a fit 19 , which serves the support of the sealing end of the sliding sleeve and prevents their bursting due to high gas pressures. Condition for a proper function is that the outer diameter of the sealing seat is not greater than the inner diameter of the sliding sleeve and the space behind the sealing seat is sufficiently vented, so that no pressure builds up there with leaking seat. This purpose of venting serve local grooves 20 that fit in some places the scope of the fit 19 are attached.

3 zeigt ein Beispiel für einen auswechselbaren Sitzring 21, der gehalten wird durch die Flansche 22 und 23, welche mittels der Schrauben 24 befestigt sind. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass für den Sitzring 21 ein optimal geeignetes Material gewählt werden kann, unabhängig vom Material des Zylindermittelteils 7. Es ist auch gezeigt, dass die Dichtflächen aufweisende Stirnseite der Schiebebüchse als separates materialoptimiertes Teil 25 ausgeführt werden kann, welches fest mit der Schiebebüchse verbunden ist. 3 shows an example of a replaceable seat ring 21 which is held by the flanges 22 and 23 , which by means of screws 24 are attached. This version has the advantage that for the seat ring 21 an optimally suitable material can be selected, regardless of the material of the cylinder middle part 7 , It is also shown that the sealing surfaces having end face of the sliding sleeve as a separate material-optimized part 25 can be performed, which is firmly connected to the sliding sleeve.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202005021624 U1 [0001, 0002]
DE 202006020546 U1 [0001, 0002]

Claims

Sealing design for sliding bushes for gas exchange control in internal combustion engines, characterized in that the sliding bushing has at its sealing end face a step-shaped sealing region, such that the outer diameter of the sealing seat is equal to or smaller than the inner, the piston guide serving diameter of the sliding sleeve.

Seal execution on sliding bushes, according to claim 1, characterized in that the sealing seat is designed conical.

Seal design on sliding bushes, according to claim 1 and 2, characterized in that the sealing seat mounted in the cylinder, on which the sliding bushes are seated in the closed state, is made replaceable.

Sealing design on sliding bushes, according to claim 1 to 3, characterized in that the sealing seat mounted in the cylinder, on which the sliding bushes are seated in the closed state, is made of suitable material other than the cylinder.

Seal execution on sliding bushes, according to claim 1 to 4, characterized in that the sliding bush in the region of its sealing surface is made of another, the function purpose correspondingly adapted material.

Seal design on sliding bushes, characterized according to claim 5, characterized in that the existing of other material part of the sliding sleeve, is firmly connected to this by electron beam or laser welding.