DE202009017640U1

DE202009017640U1 - Dichtungs-Ausführung für Schiebebuchsen zur Gaswechselsteuerung in Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE202009017640U1
Application number: DE202009017640U
Authority: DE
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: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: JP2013511639A; WO2011061189A2; WO2011061189A3; CN102713153A; EP2501900A2

Abstract

Dichtungs-Ausführung für Schiebebüchsen zur Gaswechselsteuerung in Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet dadurch, dass die Schiebebüchse an ihrer dichtenden Stirnseite einen stufenförmig ausgebildeten Abdichtungsbereich aufweist, dergestalt, dass der äußere Durchmesser des Dichtsitzes gleich oder kleiner ist, als der innere, der Kolbenführung dienende Durchmesser der Schiebebüchse.

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.
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.
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.
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.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht somit darin, den Gasdruck durch konstruktive Maßnahmen als Hilfskraft zum Geschlossen halten der Schiebebüchsen zu nutzen.
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.
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.
Bildbeschreibung:
1 zeigt einen Querschnitt durch einen Gegenkolbenmotor. Zwei Kolben 1 und 2 bewegen sich gegenläufig in einem Motorgehäuse bestehend aus zwei Kurbelge häusen 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.
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.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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

Claims

Dichtungs-Ausführung für Schiebebüchsen zur Gaswechselsteuerung in Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet dadurch, dass die Schiebebüchse an ihrer dichtenden Stirnseite einen stufenförmig ausgebildeten Abdichtungsbereich aufweist, dergestalt, dass der äußere Durchmesser des Dichtsitzes gleich oder kleiner ist, als der innere, der Kolbenführung dienende Durchmesser der Schiebebüchse.
Dichtungs-Ausführung an Schiebebüchsen, nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass der Dichtsitz kegelförmig ausgeführt ist.
Dichtungs-Ausführung an Schiebebüchsen, nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, dass der im Zylinder angebrachte Dichtsitz, auf welchem die Schiebebüchsen im geschlossenen Zustand aufsitzen, auswechselbar ausgeführt ist.
Dichtungs-Ausführung an Schiebebüchsen, nach Anspruch 1 bis 3 gekennzeichnet dadurch, dass der im Zylinder angebrachte Dichtsitz, auf welchem die Schiebebüchsen im geschlossenen Zustand aufsitzen, aus zweckentsprechendem anderen Material als der Zylinder ausgeführt ist.
Dichtungs-Ausführung an Schiebebüchsen, nach Anspruch 1 bis 4 gekennzeichnet dadurch, dass die Schiebebüchse im Bereich ihrer Dichtfläche aus anderem, dem Funktionszweck entsprechend angepasstem Material ausgeführt ist.
Dichtungs-Ausführung an Schiebebüchsen, nach Anspruch 5 gekennzeichnet dadurch, dass der aus anderem Material bestehende Teil der Schiebebüchse, mit dieser durch Elektronenstrahl- oder Laser-Schweißen fest verbunden ist.