DE3241722A1

DE3241722A1 - Walzendrehschieberanordnung, insbesondere zur steuerung des ladungswechsels einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3241722A1
Application number: DE19823241722
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-Ing. 3180 Wolfsburg Krüger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1984-05-17

Description

VOLKSAVAGEHWERK

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

K 3342/17Q2pt-hu-sa

Walzendrehschieberanordnung, insbesondere zur Steuerung des Ladungswechsels einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Walzendrehschieberanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Drehschieberanordnungen sind in unterschiedlichen Ausführungen in der Patentliteratur der internationalen Klasse FOIl 7/02 beschrieben.

Soweit die entsprechenden Literaturstellen sich mit der Abdichtung des Spalts zwischen Drehschieber und Drehschiebergehäuse im einzelnen befassen, werden Konstruktionen angegeben, die mit den Drehschieber in Umfangsrichtung umschließenden Dichtringen, mit längs Mantellinien verlaufend angeordneten Dichtleisten oder mit Dichtungsanordnungen arbeiten, die gegen den Drehschieber gedrückte Tragplatten mit geschlossenen Dichtungen aufweisen, die ihrerseits zu den Brennräumen führende Kanäle im Drehschiebergehäuse umschließen. Wie sich gezeigt hat, bewirken diese Dichtungen auch bei Anwendung einer Ölschmierung, die einen unerwünschten Ölverbrauch mit sich bringt, eine relativ hohe Reibleistung, die, da sie vom Drehschieberantrieb aufzubringen ist, den Wirkungsgrad der mit dem Drehschieber ausgerüsteten Maschine beeinträchtigt.

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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Walzendrehschieberanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß sich eine Ölschmierung und der Aufwand an zusätzlichen Dichtmitteln in Gestalt von Dichtringen, Platten oder Leisten am Drehschieber erübrigen. An dieser Stelle sei bereits eingefügt, daß die Erfindung nicht speziell auf Walzendrehschieberanordnungen zur Steuerung des Ladungswechsels einer Brennkraftmaschine beschränkt ist, auch wenn aus Gründen der Anschaulichkeit in der Beschreibung im wesentlichen dieser Anwendungsfall in den Vordergrund gestellt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist schlagwortartig in der doppelten Ausnutzung derselben Oberflächenbereiche von Drehschieber und Drehschiebergehäuse sowohl zur Drehlagerung des Drehschiebers als auch zur Abdichtung des Spalts zwischen diesen beiden Bauteilen zu sehen. Der Einsatz zusätzlicher Dichtelemente, beispielsweise von Dichtringen, in dem Zwischenraum zwischen Drehschieber und Drehschiebergehäuse erübrigt sich ebenso wie das Vorsehen einer Ölschmierung mit ihrem unerwünschten Ölverbrauch.

Damit die Weite des Spalts zwischen Drehschieber und Drehschiebergehäuse, wie dies für eine gute Dichtwirkung von Vorteil ist, bei allen Betriebsbedingungen und damit in einem großen Temperaturbereich klein ist, werden zweckmäßigerweise ganz allgemein Maßnahmen getroffen, um die thermische Ausdehnung von Drehschieber und Drehschiebergehäuse kleinzuhalten. So wird man den Drehschieber durch im Drehschiebergehäuse vorgesehene Kühlmittelkanäle weitgehend umschließen lassen, wobei dieser Maßnahme verständlicherweise durch die zum Drehschieber führenden Kanäle im Drehschiebergehäuse Grenzen gesetzt sind. Den Drehschieber selbst wird man zweckmäßigerweise aus einem Material geringen thermischen Ausdehnungskoffizienten, vornehmlich im Bereich seiner äußeren Schichten, herstellen, und durch Verwendung von Portlinern oder luftisolierten Auskleidungen im Bereich von abgasführenden Kanälen im Drehschie-

ber wird man für eine thermische Isolation zwischen diesen temperaturbeaufschlagten Bereichen einerseits" und den übrigen Teilen des Drehschiebers andererseits Sorge tragen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren

Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt und deren

Fig. 2 den in Fig. 1 bei H-II angedeuteten Quer

schnitt durch den hier interessierenden Bereich einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine wiedergeben.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel bildet das allgemein mit 1 bezeichnete Walzendrehschiebergehäuse ein Bauteil mit dem Zylinderblock 2 der Brennkraftmaschine, der vier Zylinder 3, k_t 5 und 6 umschließt. Diese Zylinder bilden mit nicht dargestellten, auf eine gemeinsame Kurbelwelle arbeitenden Kolben in üblicher Weise Brennräume der Maschine.

In den in den Figuren unteren Bereich des Drehschiebergehäuses 1 sind Kanäle 7, 8, 9 und 10 eingearbeitet, die in Richtung der Drehschieberachse 11 gegen die jeweilige Zylinderachse 12, 13, I^ und 15 aus noch zu erläuternden Gründen versetzt angeordnet sind. Bei bestimmten Drehwinkelstellungen des Drehschiebers 16, der über das Zahnrad 17 auf seinem wellenförmigen Durchtrittsende 18 mittels eines Zahnriemens von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine her mit halber Maschinendrehzahl angetrieben wird, fluchten offene Enden von Frischgaskanälen 19, 20, 21 und 22 bzw. Abgaskanälen 23, 24, 25 und 26 mit dem ihnen zugeordneten gehäusefesten Kanal 7, 8, 9 bzw. 10 und stellen dann eine Verbindung zwischen dem jeweiligen Brennraum einerseits und dem Frischgasrohr 27 bzw. dem Abgasrohr 28 der Brennkraftmaschine her.

Zur Abdichtung des Spalts zwischen Drehschiebergehäuse 1 und Drehschieber sind erfindungsgemäß keine zusätzlichen Dichtringe oder dergleichen vorgesehen,

auch fehlt eine Ölschmierung mit ihren unerwünschten Ölverlusten, sondern die Abdichtung wird zusammen mit der Aufgabe der reibungsarmen Lagerung des Drehschiebers 16 im Drehschiebergehäuse 1 allein durch entsprechende Ausbildung der zumindest bereichsweise auseinandergleitenden Oberflächen von Drehschieber und Drehschiebergehäuse bewirkt. In diesem Ausführungsbeispiel trägt der Drehschieber 16 zumindest bereichsweise die harte Keramikschicht 29, die verschleißfest, wärmeisolierend und schwer schmelzend ist, während das Drehschiebergehäuse 1 innen eine relativ weiche Schicht 30 trägt, die durch eine eingepreßte oder eingeschrumpfte Buchse 1', aus einem Blech hergestellt ist, das eine Schicht aus einem reibwertverbessernden Material, wie Kohle und Molybdänsulfid, trägt. Damit haben die Oberflächen von Drehschiebergehäuse 1 und Drehschieber 16 zumindest an ihren aufeinanderliegenden Bereichen sowohl Dichtais auch Lagereigenschaften.

Damit in allen Betriebszuständen, also auch bei erhöhten Temperaturen, eine kleine Spaltweite zwischen den einander gegenüberstehenden Oberflächen von Drehschiebergehäuse 1 und Drehschieber 16 gewährleistet ist, können an sich bekannte Maßnahmen getroffen sein, um die thermischen Abmessungsveränderungen der genannten beiden Teile möglichst klein zu halten. Zu diesem Zweck erkennt man in den Figuren allgemein mit 31 bezeichnete Kühlmittelkanäle und Hohlräume solcher Anordnung im Gehäuse 1, daß sie den Drehschieber 16 möglichst weitgehend umschließen, wobei verständlicherweise auf die Unterbringung der Kanäle 7, 8, 9 und 10 Rücksicht genommen werden muß. Des weiteren ist es zweckmäßig, im Bereich der von Abgas beaufschlagten Kanäle 23, 2h, 25 und 26 durch Auskleidungen aus wärmeisolierendem Material, Metalleinsätze, die durch Luftisolierung gegen das übrige Material des Drehschiebers 16 isoliert sind, usw. dafür zu sorgen, daß die thermische Belastung des Drehschiebers an sich gering gehalten ist.

Ferner kann es zweckmäßig sein, zwecks Vermeidung von Anschmelzungen an den Oberflächenschichten 29 und/oder 30 zumindest Einlagerungen aus Materialien hoher Schmelztemperatur vorzusehen.

Für eine gute Dichtwirkung ist nicht nur die geringe Spaltweite zwischen den Teilen 1 und 16, sondern auch eine möglichst große Spaltlänge von entscheidender Bedeutung. Aus diesem Grunde ist unter anderem durch den beschriebenen axialen Versatz der Kanäle 7, 8, 9 und 10, aber auch durch Vorsehen kanalöffnungsfreier Drehschieberbereiche zwischen den einzelnen Zylindern dafür gesorgt, daß die "Spaltwege" zwischen entsprechenden Kanalenden langer gehalten sind als ein halber Umfang des Drehschiebers 16.

Auch zur axialen Führung des Drehschiebers 16 in seinem Gehäuse 1 dienen ölfreie Teile in Gestalt der Kohleringe 32 und 33.

Bei 34 erkennt man eine in Richtung der Drehschieberachse 11 wirksame Druckfederanordnung, die im Verein mit einer kleinen Konizität der einander zugekehrten Oberflächen von Gehäuse 1 und Drehschieber 16 (im Sinne einer Durchmesserverringerung in Fig. 1 nach rechts) für ein sattes Aufeinanderliegen der Oberflächenschichten 29 und 30 sorgt.

Zur Abdichtung des Drehschiebers am Antriebsdurchgang, also an der Durchführung seines wellenförmigen Endes 18, durch das Drehschiebergehäuse 1 dient ein ebenfalls trockenlaufender Dichtring 36, der durch die vorgeschaltete, zum Kurbelgehäuse führende Leckgasleitung 37 gasdruckentlastet ist.

Wie aus dieser Beschreibung ersichtlich, zeichnet sich die Erfindung durch Fehlen zusätzlicher Dichtringe am Umfang des Drehschiebers sowie durch Fehlen jeglicher Ölschmierung mit ihren Nachteilen aus.

- 9 Leerseite

Claims

VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg
K 3342/1702pt-hu-sa 09. November 1982

PATENTANSPRÜCHE

j UJ Walzendrehschieberanordnung, insbesondere zur Steuerung des Ladungswechsels einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem Drehschiebergehäuse laufenden und Kanäle, deren Enden drehwinkelabhängig in zugeordnete Kanäle im Drehschiebergehäuse einmünden, enthaltenden Drehschieber, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung zwischen den einander zugekehrten Oberflächen von Drehschieber (16) und Drehschiebergehäuse (1) unter Verzicht auf besondere Dichtungen eine dieser Oberflächen zumindest bereichsweise oberflächenhart und die andere dieser Oberflächen in Gegenbereichen trockenschmierend und weicher ausgebildet ist, so daß dort dichtende Lagerbereiche für den Drehschieber (16) gebildet sind.
2. Walzendrehschieber anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenhärte durch Metallhärtung gewonnen ist.
3. Walzendrehschieberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenhärte durch Verwendung keramischen Materials (29) gewonnen ist.

Vorsitzender Vorstand- Dr. te·- pol Ca,l H. Haiin, Voi-mjo-nt' ■ Horst Mjn;i,.» su-Iv. Vort'i/ercJ·
4. Walzendrehschieberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Oberfläche ein Trockenschmiermittel, wie Kohle oder Molybdänsulfid, enthält.
5. Walzendrehschieberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Oberflächen durch eine durch Pressen und/oder Schrumpfen festgelegte Buchse (I¹) gebildet ist.
6. Walzendrehschieberanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (I¹) durch ein beschichtetes, zu der Buchse gerolltes Metallband gebildet ist.
7. Walzendrehschieberanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (P) die innere Oberfläche eines Drehschiebergehäuses (1) bildet, das an Brennräume einer Brennkraftmaschine angrenzt, und der Stoß (1") in der Buchse (1) zu den Brennräumen führenden Kanälen (7,8,9,10) im Drehschiebergehäuse (1) bezüglich der Drehschieberachse (il) gegenüberliegt.
8. Walzendrehschieberanofdnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen gleichsinnig leicht kegelig ausgeführt und durch eine Federanordnung (34) axial in Richtung Kegelspitze belastet sind.
9. Walzendrehschieberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Axiallagerung des Drehschiebers (16) im Drehschiebergehäuse (1) zumindest ein trockenlaufender Ring, wie ein Kohlering (32,33), vorgesehen ist.
10. Walzendrehschieberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an einem wellenförmigen Austrittsende (18) des Drehschiebers (16) eine an ihrer Innenseite unterdruckbeaufschlagte Trockenlaufdichtung (36) vorgesehen ist.
11. Walzendrehschieberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehschiebergehäuse (1) an Brennräume einer Brennkraftmaschine angrenzt und zu den Brennräumen einerseits sowie zu Einlaß- und Abgasrohren (27,28) andererseits führende Kanäle (7,8,9,10) im Drehschiebergehäuse (1) gegeneinander in Richtung der Drehschieberachse (11) versetzt sind.
12. Walzendrehschieberanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennräume durch Zylinder (3,4,5,6) gebildet und die zu diesen führenden Kanäle (7,8,9,10) im Drehschieb.ergehäuse (I) gegen die Zylinderachsen (12,13, versetzt sind.
13. Walzendrehschieberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Drehschieber (16) und Drehschiebergehäuse (1) in an sich bekannter Weise im Hinblick auf nur geringe thermische Abmessungsänderungen ausgelegt sind.