DE19815739A1

DE19815739A1 - Walzenschieber-Anordnung

Info

Publication number: DE19815739A1
Application number: DE19815739A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Semet
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 1999-10-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walzenschieber-Anordnung, insbesondere für die Füllungssteuerung einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem einen Fluidkanal aufweisenden Schiebergehäuse verdrehbar gelagerten kreiszylindrischen Walzenschieber, dessen senkrecht zur Walzenschieber-Drehachse verlaufende Durchtrittspassage durch Verdrehen des Walzenschiebers mit dem Fluidkanal in oder außer Überdeckung bringbar ist. Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein im Schiebergehäuse koaxial zum Fluidkanal gelagerter und dabei einen Übergangs-Kanalabschnit vom Fluidkanal zum Walzenschieber bildender im wesentlichen zylindrischer Gleitring, der sich auf der Mantelfläche des Walzenschiebers abstützt. In der Abstützfläche zwischen dem Gleitring und der Mantelfläche des Walzenschiebers liegt im wesentlichen Linienberührung vor. Zwischen dem in einer Aussparung im Schiebergehäuse angeordneten Gleitring sowie dem Schiebergehäuse ist ein Dichtelement vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Walzenschieber-Anordnung, insbesondere für die Füllungssteuerung einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem einen Fluidkanal aufweisenden Schiebergehäuse verdrehbar gelagerten kreiszy lindrischen Walzenschieber, dessen senkrecht zur Walzenschieber-Dreh achse verlaufende Durchtrittspassage durch Verdrehen des Walzen schiebers mit dem Fluidkanal in oder außer Überdeckung bringbar ist.

Zur Leistungssteuerung bzw. Füllungssteuerung von quantitätsgesteuerten Brennkraftmaschinen, d. h. von Ottomotoren, werden neben im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine vorgesehenen Drosselklappen auch dem Fachmann grundsätzlich bekannte Walzenschieber verwendet. Diese kommen insbe sondere bei Brennkraftmaschinen mit hoher spezifischer Leistung, so z. B. bei Rennmotoren zum Einsatz, da ein vollständig geöffneter Walzenschieber im Gegensatz zu einer vollständig geöffneten Drosselklappe praktisch kei nen meßbaren Strömungswiderstand darstellt.

Ein Nachteil der üblichen Walzenschieber liegt jedoch darin, daß sie im voll ständig geschlossenen Zustand, d. h. wenn die Durchtrittspassage des Wal zenschiebers mit dem Fluidkanal des Schiebergehäuses vollständig außer Deckung gebracht ist, aufgrund der relativ großen Spaltmaße zwischen dem Walzenschieber und dem Schiebergehäuse immer noch eine gewisse Brennkraftmaschinen-Ansaugluftmenge, d. h. eine bestimmte Fluidmenge passieren lassen. Dieser über die Spalte zwischen dem Schiebergehäuse und dem Walzenschieber passierende Ansaugluft- bzw. Fluidstrom ermög licht der Brennkraftmaschine nicht nur einen Betrieb mit normaler, sondern oftmals sogar deutlich überhöhter Leerlauf-Drehzahl.

Als Abhilfemaßnahme könnten zwar die Spaltmaße reduziert und/oder die Mantelfläche des Walzenschiebers mit einem geeigneten Dichtmaterial be schichtet werden, jedoch führte dies zu erhöhten Betätigungskräften für ein Verdrehen des Walzenschiebers bzw. würde die Funktionssicherheit beein trächtigen, da es erwünscht ist, daß der Walzenschieber allein durch eine gemäßigte Federkraft in seine Schließposition gebracht werden kann.

Eine demgegenüber geeignetere Abhilfemaßnahme für die oben geschil derte Problematik, nämlich die teilweise unzureichende Dichtfunktion eines geschlossenen Walzenschiebers aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch einen im Schieberge häuse koaxial zum Fluidkanal gelagerten und dabei einen Übergangs-Kanal abschnitt vom Fluidkanal zum Walzenschieber bildenden im wesentli chen zylindrischen Gleitring, der sich auf der Mantelfläche des Walzenschie bers abstützt. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteran sprüche.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs beispieles, wobei in der beigefügten einzigen Figur lediglich prinzipiell ein Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Walzenschieber-Anordnung darge stellt ist.

Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Schiebergehäuse bezeichnet, in welchem wie üblich ein Walzenschieber 2 um seine Drehachse 3 in bzw. gegen Pfeilrich tung 4 verdrehbar gelagert ist. Der kreiszylindrische Walzenschieber 2 (dessen Zylinderachse ist gleich der sich senkrecht zur Zeichenebene er streckenden Drehachse 3) besitzt zumindest eine senkrecht zur Walzen schieber-Drehachse 3 verlaufende Durchtrittspassage 5. Diese Durch trittspassage 5 ist durch Verdrehen des Walzenschiebers in bzw. gegen Pfeilrichtung 4 mit einem im Schiebergehäuse 1 verlaufenden Fluidkanal 6 in bzw. außer Überdeckung bringbar. Die Durchtrittspassage 5 kann somit po sitionsabhängig einen Teil des vor (in der Zeichnung oberhalb) und hinter (in der Zeichnung unterhalb) des Walzenschiebers 2 im Schiebergehäuse 1 verlaufenden Fluidkanales 6 bilden oder auch nicht bilden.

Über den Fluidkanal 6 des Schiebergehäuses 1 wird im bevorzugten An wendungsfall der beschriebenen Walzenschieber-Anordnung einer quanti tätsgesteuerten Brennkraftmaschine deren Ansaugluftstrom gemäß Pfeil 7 zugeführt. In der gezeigten Position des Walzenschiebers 2 übt dieser wie ersichtlich keinerlei Drosselfunktion aus, so daß die Brennkraftmaschine dann mit Vollast betrieben wird; wird hingegen der Walzenschieber 2 ausge hend von der gezeigten Position um 90° gedreht, so ist der Fluidkanal 6 durch den Walzenschieber 2 im wesentlichen gesperrt, so daß die Brenn kraftmaschine dann im Leerlauf betrieben wird; ferner sind selbstverständli che beliebige Zwischenpositionen des Walzenschiebers 2 zwischen diesen beiden Extrempositionen möglich.

Wie soeben erwähnt, ist der Fluidkanal 6 nach Verdrehen des Walzenschie bers 2 ausgehend von der gezeigten Position um 90° im wesentlichen ge sperrt, wobei jedoch über den Spalt 8 zwischen der Mantelfläche des Wal zenschiebers 2 und dem diesen in einer geeigneten Lageraufnahme 9 auf nehmenden Schiebergehäuse 1 noch ein gewisser Ansaugluftstrom bzw. Fluidstrom 7 durch den Fluidkanal 6 (letzlich zur Brennkraftmaschine) gelan gen kann. Aus funktionalen Gründen - insbesondere im Hinblick auf eine leichte Verdrehbarkeit des Walzenschiebers 2 im Schiebergehäuse 1 - muß dabei der Spalt 8 ein gewisses Mindestmaß aufweisen.

Um den bei geschlossenem Walzenschieber 2 über den Spalt 8 gelangen den Fluidstrom zu reduzieren, ist nun ein Gleitring 10 vorgesehen, der im Schiebergehäuse 1 koaxial zum Fluidkanal 6 gelagert ist und dabei einen Übergangs-Kanalabschnitt 11 vom Fluidkanal 6 zum Walzenschieber 2 bil det. Dieser im wesentlichen zylindrische Gleitring 10 stützt sich auf der Mantelfläche des Walzenschiebers 2 ab, wobei sich diese Abstützfläche 12 im bevorzugten Ausführungsbeispiel geometrisch konstruktiv als eine Ver schneidung zweier Kreiszylinder mit zueinander orthogonalen Zylinderach sen darstellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Gleitring 10 selbst nicht unbedingt die Form eines Kreiszylinders (dessen Zylinderachse hier mit der Längsachse des Fluidkanales 6 sowie bei der dargestellten Position des Walzenschiebers 2 mit der Längsachse der Durchtrittspassage 5 zusam menfällt) aufweisen muß.

Der ringförmige, bevorzugt kreisringförmige Gleitring 10 ist wie ersichtlich derart in einer Aussparung 13 im Schiebergehäuse 1 gelagert bzw. ange ordnet, daß sich der innerhalb des Gleitringes 10 verlaufende Übergangs-Kanal abschnitt 11 im wesentlichen bündig an den Fluidkanal 6 einerseits, und bei der dargestellten Position des Walzenschiebers 2 an die Durch trittspassage 5 des Walzenschiebers 2 andererseits anschließt. In der ge zeigten Position des Walzenschiebers 2 stellt der Übergangs-Kanalabschnitt 11 des Gleitringes 10 somit einen strömungsdynamisch optimalen Übergang vom Fluidkanal 6 zur Durchtrittspassage 5 des Walzenschiebers 2 her, wo bei die jeweiligen Kanalquerschnitte wie hier gezeigt bevorzugt alle gleich sind.

Nachdem der Gleitring 10 in der Abstützfläche 12 auf der Mantelfläche des Walzenschiebers 2 aufliegt und nachdem der Gleitring 10 relativ dicht an der Wand der Aussparung 13 und somit relativ dicht am Schiebergehäuse 1 an liegt, wird durch diesen Gleitring 10 bei geschlossenem Walzenschieber 2 die über den Spalt 8 oder die Spalte 8 strömende Leckage-Fluidströmung 7 gegenüber einer Walzenschieber-Anordnung ohne einen derartigen Gleitring erheblich reduziert. Noch weiter gesteigert wird diese Dichtwirkung des Gleit ringes 10 durch ein zwischen einer Außenseite des Gleitringes 10 und dem Schiebergehäuse 1 vorgesehenes Dichtelement 14. Letzteres ist beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel als ein in einer nicht näher bezeichneten Nut in der Gleitring-Mantelfläche angeordneter O-Dichtring ausgebildet, jedoch sind auch andere Ausbildungen des Dichtelementes 14 möglich, wobei ein derartiges Dichtelement auch zwischen der dem Walzenschieber 2 gegen überliegenden Stirnfläche des Gleitringes 10 und dem Schiebergehäuse 1 (abseits des Fluidkanales 6) vorgesehen sein kann.

Die Abstützfläche 12 des Gleitringes 10 auf der Mantelfläche des Walzen schiebers 2 ist möglichst klein gehalten, insbesondere liegt in der Abstützflä che 12 zwischen dem Gleitring 10 und der Mantelfläche des Walzenschie bers 2 im wesentlichen Linienberührung vor, wodurch zum einen eine gute Dichtwirkung erzielt wird, und wodurch zum anderen die erforderlichen Betä tigungskräfte für ein Verdrehen des Walzenschiebers 2 gegenüber einer Walzenschieber-Anordnung ohne einen derartigen Gleitring nur unwesent lich erhöht werden. Realisierbar ist dabei eine minimale Abstützfläche 12 bzw. die besagte Linienberührung innerhalb derselben durch die figürlich dargestellte Gestaltung des Gleitringes 10, dessen dem Walzenschieber 2 zugewandte Stirnseite als quasi spitzer Ring ausgebildet ist, d. h. die Wand des Gleitringes 10 weist einen zum Walzenschieber 2 hin abnehmenden Querschnitt auf. Dabei kann auch die Materialauswahl im Hinblick auf eine optimale Dichtwirkung bei gleichzeitig geringem Reibungswiderstand zwi schen Gleitring 10 und Walzenschieber 2 hin getroffen sein, d. h. das Materi al des Gleitringes 10 wird bevorzugt bezüglich dieser Kriterien unter Berück sichtigung des Werkstoffes des Walzenschiebers 2 ausgewählt.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß für den Anwendungsfall an einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine selbstverständlich für jeden Brennkraftmaschinen-Zylinder eine derartige Walzenschieber-Anordnung vorgesehen sein kann, wobei sämtliche Walzenschieber 2 wie üblich durch ein einziges Bauteil gebildet werden, d. h. die einzelnen Ansaugkanäle bzw Fluidkanäle 7 befinden sich dann in Blickrichtung auf die Zeichenebene hin tereinander. In diesem Falle können auch die mehreren Gleitringe 10 dieser mehreren Fluidkanäle 6 ein entsprechend komplex gestaltetes Bauteil bil den, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets er hält man eine Walzenschieber-Anordnung, welche die bekannten Vorteile eines Walzenschiebers zur Füllungssteuerung einer Brennkraftmaschine bezüglich spezifischer Motorleistung weiter nutzbar macht, ohne dabei die bisherigen Nachteile der hohen Leckluftmengen über die Spalte 8 in Kauf nehmen zu müssen.

Bezugszeichenliste

1

Schiebergehäuse

2

Walzenschieber

3

Drehachse

4

Pfeilrichtung: Verdrehen von

2

5

Durchtrittspassage (in

2

)

6

Fluidkanal

7

Pfeilrichtung: Fluidstrom

8

Spalt(e)

9

Lageraufnahme (für

2

in

1

)

10

Gleitring

11

Übergangs-Kanalabschnitt (in

10

)

12

Abstützfläche (

10

auf

2

)

13

Aussparung (in

1

für

10

)

14

Dichtelement

Claims

1. Walzenschieber-Anordnung, insbesondere für die Füllungssteuerung einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem einen Fluidkanal (6) aufweisenden Schiebergehäuse (1) verdrehbar gelagerten kreiszylin drischen Walzenschieber (2), dessen senkrecht zur Walzenschieber-Dreh achse (3) verlaufende Durchtrittspassage (5) durch Verdrehen des Walzenschiebers (2) mit dem Fluidkanal (6) in oder außer Über deckung bringbar ist, gekennzeichnet durch einen im Schiebergehäuse (1) koaxial zum Fluidkanal (6) gelagerten und dabei einen Übergangs-Kanalabschnitt (11) vom Fluidkanal (6) zum Walzenschieber (2) bildenden im wesent lichen zylindrischen Gleitring (10), der sich auf der Mantelfläche des Walzenschiebers (2) abstützt.

2. Walzenschieber-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützfläche (12) des Gleitringes (10) auf der Mantelfläche des Walzenschiebers (2) möglichst klein ge halten ist.

3. Walzenschieber-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abstützfläche (12) zwischen dem Gleitring (10) und der Mantelfläche des Walzenschiebers (2) im we sentlichen Linienberührung vorliegt.

4. Walzenschieber-Anordnung nach einem der vorangegangenen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem in einer Aussparung (13) im Schiebergehäuse (1) angeordneten Gleitring (10) sowie dem Schiebergehäuse (1) ein Dichtelement (14) vorgesehen ist.