DE2416271B2 - Steuerung mit einem Drehschieber für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung mit in einem Gehäuse angeordnetem scheibenförmigen Drehschieber für eine Brennkraftmaschine, der mit Durchgängen versehen ist, die mindestens einen Arbeitszylinderraum mit einem oder mehreren Luftansaugkanälen bzw. einem oder mehreren Abgasausstoßkanälen verbinden.

Eine Steuerung dieser Art ist aus der CH-PS 3 34 777 bekannt.

Ferner ist aus der DT-PS 8 37 490 eine Kühleinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem im Kopf des Arbeitszylinderraumes liegenden Scheibendrehschieber oder Flachschieber bekannt, der von oben her durch Gebläseluft und von unten her zwischen Arbeitszylinderraum und Schieber durch eine Flüssigkeit, z. B. Glykol, gekühlt wird. Hierbei wird zwar das den Schieber umgebende Gehäuse, nicht aber der von den heißen Abgasen durchströmte Schieber selbst gekühlt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, bei einer Steuerung eingangs beschriebener Art die Kühlung zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß zum Kühlen des Gehäuses und des Drehschiebers in Gehäuse und Drehschieber ein mit einer außerhalb des Drehschiebers liegenden motoreigenen Unterdruckstelle verbundenes Kühlleitungssystem vorgesehen ist, das im Drehschieber Kühlkammern und von radial inneren zu radial äußeren Teilen Kühlmittel führende Kühlkanäle aufweist.

Auf diese Weise erhält man unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft des umlaufenden, scheibenförmigen Drehschiebers eine gleichmäßige Kühlung sowohl des Gehäuses als auch des Drehschiebers selbst, ohne daß bislang zusätzlich erforderliche Einrichtungen zur Erzielung von Kühlluft nötig sind.

Zwar ist es bei Steuerungen für Brennkraftmaschinen mit rohrförmigen Steuerschiebern bekannt, auch dem Steuerschieber selbst Kühlluft zuzuführen. Hierbei durchdringen aber die Kühlkanäle den rohrförmigen Steuerschieber in Richtung seiner Längsachse.

Derartige Maßnahmen würden aber bei Anwendung an scheibenförmigen Drehschiebern zwar deren Drehachse nicht aber den Drehschieber selbst kühlen, so daß bekannte rohrförmige Drehschieber für die Kühlung von scheibenförmigen Drehschiebern kein Vorbild sein können.

Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen offenbart.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer Steuerung für eine Viertakt-Brennkraftmaschine, ieilweise gemäß der Linie I-I der F i g. 2 aufgebrochen,

Fig.2 desgleichen entsprechend der Linie H-II der F i g. 1 gesehen.

In diesen Figuren ist ein Teil eines Zylinderkopfes 1 einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Arbeits-Zylinderraum 3 dargestellt. Auf dem Zylinderkopf 1 ist ein Gehäuse 7 angeordnet, z. B. aufgeschraubt. Dieses umfaßt zwei Gshäusehälften 9 und 11, welche z. B. durch Schrauben zusammengehalten werden.

Zwischen diesen beiden Gehäusehälften 9 und H befindet sich ein scheibenförmiger Drehschieber 15. Dessen Welle 17 steckt einerseits in der Gehäusehälfte 9 in einem radiale sowie axiale K.äfte aufnehmenden Lager 19 und andererseits in der Gehäusehälfte f f in einem nur radiale Kräfte aufnehmenden Lager 21.

Aus dem Arbeitszylinderraum 3 führt eine in Drehrichtung des Drehschiebers 15 verschobene, bezüglich der Achse der Welle 17 außermittig angeordnete Bohrung 23 durch den Zylinderkopf 1 zum Gehäuse 7. In dieser Bohrung 23 steckt ein gefederter Dichtschuh 25 mit einem Durchgang 27. Ein zylindrischer Zapfen 29 — Bestandteil des Dichtschuhes 25 — ist mit Dichtungsringen 31 in der Art von Kolbendichtungsringen versehen. Der Zylinderkopf i ist radial außerhalb der Bohrung 23 mit Versenkungen 33 zur Aufnahme von Schraubenfedern 35 versehen. Auf diesen Schraubenfedern 35 ist der Dichtschuh 25, federnd gegen den Drehschieber 15 gedrückt, abgestützt.

Der Drehschieber 15 weist insgesamt vier um je 90° abgewinkelte Durchgänge 37, 39 in Form von 90°-Krümmern auf, welche die Mantelfläche 18 und die eine bzw. die andere Stirnfläche 13 des Drehschiebers 15 miteinander verbinden. Zwei sich diametral gegenüberliegende Luftansaugduchgänge 37 verbinden eine in der Gehäusehälfte 9 liegende Ansaugbohrung 41 mit dem Durchgang 27 im Dichtschuh 25. Um 45° zu dem Luftansaugdurchgängen 37 versetzt enthält der Drehschieber 15 außerdem zwei sich diametral gegenüberliegende Außlaßdurchgänge 39, welche den Durchgang 27 mit dem in der Gehäusehälfte 11 liegenden Abgasausstoßkanal 43 verbinden. Die Querschnitte der Durchgänge 37 und 39 sind auf der Mantelfläche des Drehschiebers 15 annäherd rechteckig, wogegen die entsprechenden Querschnitte auf der Stirnflächen des Drehschieber 15 angenähert nierenförmig sind. Die Ansaugbohrung 41 und der Abgasauslaßkanal 43 haben kreisrunden Querschnitt.

Die erwähnten Verbinden mittels der Duchgänge 37 zwischen der Ansaugbohrung 41 und dem Durchgang 27 einerseits und die Verbindungen mittels der Durchgänge 39 zwischen dem Durchgang 27 und dem Abgasauslaßkanal 43 andererseits sind nur in entsprechenden Stellungen des Drehschiebers 15 gewährleiste' In Fig.2 ist die Abgasausstoßlage des Drehschiebers 15 dargestellt. In allen übrigen Stellungen sorgt der Dichtschuh 25 mit seiner Auflagefläche 44 für die erforderliche Abdichtung des Zylinderraumes 3 nach außen.

Zur Kühlung des Drehschiebers 15 des Abgasauslaßkanals 43 sowie des Dichtschuhes 25 ist folgendes vorgesehen:

Die Welle 17 ist mit einer zentralen, axialen Bohrung 45 versehen, an deren Ende zwei radiale, aus der Bohrung 45 nach außen führende Bohrungen 47 vorgesehen sind. Diese Bohrungen 47 der Welle 17 setzen sich über zwei Kanäle 49 im Drehschieber 15 fort und münden in eine innere Kühlkammer 51. Aus dieser Kühlkammer 51 führen gleichmäßig über den Umfang des Drehschiebers 15 verteilte Kühlkanäle 53 durch einen inneren segmentringartigen Kühlluftschlitz 55 im Bereich des Abgasausstoßkanals 43 in der Gehäusehälfte 11 in einen Ringraum 59, der konzentrisch den Abgasausstoßkanal 43 umgibt.

Aus der inneren Kühlkammer 51 des Drehschiebers 15 führen ferner radiale — diese Kanäle können vorteilhafterweise auch nach vorn gebogen sein — Kühlluftkanäle 61 in zwei einander diametral gegenüberliegende, äußere segmentringartige Kühlkammerr. 63 (in F i g. 1 nur eine dargestellt). Aus diesen Kühlkammern 63 führen zwei ihnen zugeordnete Gruppen von Bohrungen 65 in eine Ringnut 67 auf der der Gehäusehälfte 11 zugewendeten Stirnseite 13 des Drehschiebers 15. Auch diese Ringnut 67 steht im Bereiche des Abgasausstoßkanals 43 in der Gehäusehälfte 11 durch einen äußeren segmentartigen Kühlluftschlitz 69 in Verbindung mit dem Ringraum 59. Ein Kühlkanal 71 im Fuße der Gehäusehälfte 9 mündet in einen den zylindrischen Zapfen 29 des Dichtschuhes 25 umschließenden ringnutartigen Kühlkanal 73. Diametral gegenüber dem Kühlkanal 71 verläßt ein weiterer Kanal 75 im Fuße der Gehäusehälfte 11 den Kühlkanal 73, um sich bei 57 mit dem vorgängig beschriebenen Kühlsystem bzw. dem Ringraum 59 über eine Verbindungsbohrung zu vereinen. Diese beiden Kühlsysteme stehen unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils 77 in Verbindung mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine.

Aus den Stirnflächen 13 und der Mantelfläche des Drehschiebers 15 vorstehende Ringe 79, 81, 83 und 85 stehen in entsprechende Nuten der beiden Gehäusehälften 9 und 11 vor und bilden Labyrinth-Dichtungen. Der Drehschieber 15 berührt übrigens keine der beiden ihn umschließenden Gehäusehälften 9 und 11.

Eine Bohrung 87 im Gehäuse 9, 11 dient der Aufnahme eines als Schmierdocht ausgebildeten ölsiebes 89. Diese Bohrung 87 tangiert die Gehäuseausnehmung für den Drehschieber 15 derart, daß das ölsieb 89, welches öl aus dem Schmiernetz der Brennkraftmaschine erhält, dieses auf einer schmalen Mantellinienfläche an die Mantelfläche 18 des Drehschiebers 15 abgibt. Da der gefederte Dichtschuh 25, zumindest im Bereich seiner Auflagefläche 44, aus selbstschmierendem Metall, beispielsweise einer selbstschmierenden Bronze, besteht, so ist auch hier der Reibungswiderstand bei optimaler Dichtung auf ein Minimum reduziert.

Der beschriebene Drehschieber 15 wird, wenn er mit einer Viertakt-Brennkraftmaschine zu deren Steuerung verwendet wird, mit dieser derart gekuppelt, daß der Drehschieber 15 entsprechend den zwei Einlaß- und den zwei Auslaßdurchgängen 37 und 39 pro Arbeitsspiel, d. h., bei zwei Kurbelwellenumdrehungen des Motors, eine halbe Umdrehung ausführt. Das Untersetzungsverhältnis ist mithin 4 zu 1.

Die beschriebene Steuerung arbeitet in Verbindung mit einer Viertakt-Brennkraftmaschine in folgender Weise:

In der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Lage befindet sich der Kolben der Brennkraftmaschine im Ausstoßtakt, in welchem die Explosionsgase nach Abgabe ihrer druckbedingten Energie an den Kolben der Brennkraft-

maschine aus dem Arbeitszylinderraum 3 ausgestoßen werden.

Dieses Ausstoßen erfolgt durch den Durchgang 27 und den Auslaßdurchgang 39 in den Abgasausstoßkanal 43, von wo-die Abgase ins Freie strömen.

Beim anschließenden Ansaugtakt geht der Arbeitskolben aus seiner oberen Totpunktlage im Zylinderraum 3 nach unten. Der Drehschieber 15 hat sich weiter gedreht (in Pfeiirichtung gemäß F i g. 1), wobei nun der Ansaugdurchgang 37 im Drehschieber 15 einen sich immer vergrößernden Durchgang zum Durchgang 27 sowie zur Ansaugbohrung 41 freigibt. Durch die Bildung eines Unterdrucks im Arbeitszylinderraum 3 durch den Motorkolben wird daher die Außenluft durch die Ansaugbohrung 41 in den Luftansaugdurchgang 37 und von diesem durch den Durchgang 27 in den Arbeitszylinderraum 3 gesaugt Dies dauert so lange, bis die hintere Kante des Ansaugdurchganges 37 die vordere Kante der Ansaugbohrung 41 oder diejenige des Durchganges 27 überstreicht und daher der Arbeitszylinderraum 3 nach außen geschlossen ist, worauf der Füllvorgang des Arbeitszylinderraumes 3 beendet ist.

Im anschließenden Verdichtungstakt komprimiert der Kolben die eingesaugte Verbrennungsluft im Arbeitszylinderraum 3, wobei im entsprechenden Moment eine Kraftstoffeinspritzung in die komprimierte Luft erfolgt, so daß ein explosionsfähiges Gemisch entsteht.

Es ist natürlich auch möglich, der Ansaugbohrung 41 einen entsprechenden Vergaser vorzuschalten, so daß nicht mehr reine Luft durch die vorbeschriebenen Kanäle in den Arbeitszylinderraum 3 gelangt, sondern ein Benzindampf-Luftgemisch.

Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens wird dieses Gemisch mittels einer Zündkerze gezündet und verpufft, wobei der entstehende Druck den Kolben nach unten stößt, währenddem er Leistung an die Kurbelwelle abgibt Dies ist der Arbeitstakt Während dieser Zeit muß der Drehschieber 15 den Arbeitszylinderraum 3 abdichten, damit nicht die Verpuffungsgase unter ihrem hohen Druck über den Zylinderkopf und dem Gehäuse 7 nutzlos nach außen verpuffen. Aus diesem Grunde ist der Dichtschuh 25 federnd im Zylinderkopf 1 angeordnet, so daß er die Möglichkeit hat unter dem Druck im Arbeitszylinderraum 3 und dem zusätzlichen Druck der Schraubenfedern 35 mit seiner Dichtfläche 44 am Drehschieber 15 dicht anzuliegen. Dabei sorgt das selbstschmierende Metall aus welchem zumindest der Bereich der Dichtfläche 44 des Sichtschuhs 25 hergestellt ist dafür, die Reibung und damit den Verschleiß und die verlorene Leistung möglichst gering zu halten. Das Abdichten der Außenseite erfolgt mittels der beiden Dichtungsringe 31.

Am Ende des Arbeitstaktes, wenn sich der Kolben in seiner unteren Totpunktlage befindet, hat sich der Drehschieber 15 derart weitergedreht, daß nun beim anschließenden Ausstoßtakt, der eingangs beschrieben wurde, die Verbindung des Arbeitszylinderraumes 3 über den Durchgang 27 mit dem Auslaßdurchgang 39 und dem Abgasauslaßkanal 43 wieder hergestellt wird.

Es ist offensichtlich, daß die erläuterte Steuerung sehr hohen thermischen Spannungen unterworfen wird, was insbesondere für den in den Gehäusehälften 9, 11 ίο drehenden Drehschieber 15 mit der Welle 17 und den Dichtschuh 25 sowie den Abgasiiuslaßkanal 43 zutrifft. Daher müssen diese Teile speziell gut intensiv und derart sicher gekühlt werden, daß tunlichst keine Temperaturspitzen entstehen. Zu diesem Zwecke is gelangt, durch den Unterdruck im Kurbelwellengehäuse sowie die Zentrifugalkraft im Drehschieber bewirkt, auch Kühlluft durch die zentrale, axiale Bohrung 45 der Welle 17 und die Durchgänge 47, durch die Kanäle 49 in die innere Kühlkammer 51 des Drehschiebers 15.
Die Kühlluft verläßt diese Kühlkammer 51 durch die Kühlkanäle 53, wenn sie in den Kühlluftschlitz 55 münden, von wo sie in den Ringraum 59 strömt

Ein Teil der durch die Kanäle 49 in die Kühlkammer

51 eingetretenen Kühlluft gelangt — unterstützt durch die Zentrifugalkraft des umlaufenden Drehschiebers 15 - durch die Kühlluftkanäle 61 in die Kühlkammern 63.

Die Kühlluft verläßt diese Kühlkammern 63 durch die Kanäle 65. Sie strömt in die Ringnut 67 und gelangt über den Kühlluftschlitz 69 in den Ringraum 59.

Außerdem wird Kühlluft durch den Kanal 71 angesaugt durch den Kühlkanal 73 strömen. Auf der Gegenseite gelangt sie in den Kanal 75. Die vorgängig beschriebenen Kühlluftströme vereinen sich bei 57 und gelangen gemeinsam, nach Durchströmung des Rückschlagventils 77, in das Kurbelweilengehäuse, der eigentlichen Ansaugstelle der Kühlluft

Das Rückschlagventil 77 erfüllt die Aufgabe, einen Rückstrom heißer Gase aus dem Kurbelgehäuse in das Kühlsystem bei jeder Abwärtsbewegung des Kolbens zu verhüten.

Die Kanäle 65 münden in den Ringraum 67, der ständig mit dem Kühlluftschlitz 69 verbunden bleibt. Sofern mithin ein Druckgefälle zwischen der Bohrung 45 und dem Kurbelgehäuse herrscht durchströmt Kühlungsluft das Kühlsystem. Diese Druckdifferenz ist ausgeprägt im Kompressionstakt und im Ausstoßtakt

Die Mantelfläche 18 des Drehschiebers wird mittels des aus einem Sieb 89 hergestellten Schmierdochtes entsprechend geschmiert, während zwischen der lnnenwand der Gehäusehälfte 11 und dem Drehschieber 15 bzw. dessen entsprechender Stirnfläche 13 durch die Auspuffgase eine dichtende Rußschicht gebildet wird welche das ganze System auf natürliche Weise noch besser abdichtet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Steuerung mit in einem Gehäuse angeordnetem scheibenförmigen Drehschieber für eine Brennkraftmaschine, der mit Durchgängen versehen ist, die mindestens einen Arbeitszylinderraum mit einem oder mehreren Luftansaugkanälen bzw. einem oder mehreren Abgasausstoßkanälen verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kühlen des Gehäuses (7) und des Drehschiebers (15) in Gehäuse und Drehschieber ein mit einer außerhalb des Drehschiebers liegenden motoreigenen Unterdruckstelle verbundenes Kühlleitungssystem vorgesehen ist, das im Drehschieber (15) Kühlkammern (51,63) und von radial inneren zu radial äußeren Teilen Kühlmittel führende Kühlkanäle (45, 47, 49, 53, 61, <£») aufweist

   2. Steuerung mit einem Drehschieber, bei welchem die Durchgänge auf seiner Mantelfläche ein- bzw. ausmünden und auf seiner einen bzw. anderen Stirnfläche aus- bzw. einmünden, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Antriebswelle (17) zwecks Kühlluftzufuhr eine axiale Bohrung (45) aufweist, wobei die Luft vorzugsweise durch radiale Bohrungen (47) der Zuführbohrung (45) entommen wird.

   3. Steuerung mit Drehschieber nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den radial inneren Teilen zu den radial äußeren Teilen führenden Kanäle (61), die Kühlkammern (51, 83) verbinden, welche beispielsweise als Segmentringkammern ausgebildet sind, und daß die Kanäle radial verlaufen oder gebogen sind.

   4. Steuerung mit Drehschieber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine (51 bzw. 63) der ringförmigen Segmentkammern (51,63) mit in seine eine Stirnfläche (13) mündenden Löchern (53 bzw. 65) versehen ist.

   5. Steuerung mit Drehschieber nach Anspruch 4, " dadurch gekennzeichnet, daß Löcher (65) in Gruppen entsprechend den zugehörigen Segmentringkammern (63) zusammengefaßt sind.

   6. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle des Kühlleistungssystems einen Anschluß aufweisen, um mit einem die Unterdruckstelle bildenden Unterdruckraum der Brennkraftmaschine, z. B. dem Kurbelwellengehäuse, verbunden zu werden.

   7. Steuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlleitungssystem nach dem Drehschieber (15) ein Rückschlagorgan (77) angeordnet ist, um ein Rückschießen heißer Luft aus dem Unterdruckraum in das Kühlleitungssystem zu verhindern.

   8. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (15) im Gehäuse (9,

   11) weitgehend berührungsfrei gelagert ist.

   9. Steuerung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein ringförmiger Dichtungsrand mindestens auf der einen Stirnseite (13) des Drehschiebers (15) oder der Gehäusewände in mindestens eine Ringnut in der Gehäuse-Wand oder der Stirnseite (13) des Drehschiebers (15) vorsteht, zwecks Bildung einer Labyrinthdichtung.

   10. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Drehschieber (15) zwei oder mehr Luftansaugdurchgänge (37) bzw. zwei oder mehr Auslaßdurchgänge (39) vorgesehen sind.

   11. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (13) der Auslaßseite des Drehschiebers (15) im Bereich des Umfanges eine Ringnut (67) aufweist, die eine ständige Verbindung mit der Abströmseite (69) des Gehäuses (9, 11) und somit die Kühlung des Austrittendes des Auslaßdurchganges (39) sicherstellt.

   12. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasausstoßkanal (43) von einem zu diesem konzentrischen Ringraum (59) umgeben ist, in welchen Kühiluftschlitze (55,69) münden.

   13. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlkanäle (71, 73) für Luft- oder ölabfuhr um einen Dichtschuh (25) vorgesehen sind, der mit dem Drehschieber zusammenarbeitet, wobei die Kanäle (71,73) vorzugsweise an eine motoreigene Unterdrucksteile angeschlossen sind.