DE3720084A1

DE3720084A1 - Sealing arrangement for a rotary slide

Info

Publication number: DE3720084A1
Application number: DE19873720084
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Krueger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1986-06-25
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1988-01-07

Abstract

The object is to achieve good sealing of a rotary slide (4) under the action of the gas forces in a pressure space (3) adjacent to the rotary slide (4). To achieve this object, the proposal is, taking into account gas-dynamic pressure forces, to make the sealing surface (7) of a slip ring (6) resting on the rotary slide (4) approximately twice as large as the end face (12) of the slip ring (6) facing the pressure space (3) and subject to the gas pressure (Figure 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1. Eine Dichtungsanordnung mit diesen Merkmalen ist für den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, nämlich zur Abdichtung eines der La dungswechselsteuerung einer Brennkraftmaschine dienenden Drehschiebers, aus der US-PS 44 04 934, F 01 L 7/10, bekannt. Unter einem Drehschieber im Sinne der Erfindung ist jedoch außer einem Walzendrehschieber auch ein Kugel- oder ein Flachdrehschieber zu verstehen.The invention relates to a sealing arrangement according to the preamble of Pa Tent claims 1. A seal arrangement with these features is for the preferred application of the invention, namely for sealing one of the La change of control of an internal combustion engine serving rotary valve the US-PS 44 04 934, F 01 L 7/10, known. Under a rotary valve in the sense the invention is, however, in addition to a rotary valve, a ball or to understand a flat rotary valve.

Betrachtet man den bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung, so wird das Ab dichtproblem dadurch vergrößert, daß der auf dem Schleifring lastende, diesen gegen den Drehschieber drückende Gasdruck in dem jeweiligen Brennraum in Ab hängigkeit vom Arbeitstakt sehr großen Schwankungen unterliegt. Damit der Druck im Brennraum eine einwandfreie Anpressung des Schleifrings an den Dreh schieber und damit eine gute Abdichtung an dieser Stelle hervorruft, ist beim Stand der Technik die Gleitfläche kleiner als die Summe der dem Brennraum zugekehrten Flächen bzw. ihrer Projektionen, die dem Brennraumdruck in Rich tung Drehschieber ausgesetzt sind. Bei hohen Brennraumdrücken wird jedoch die gasdruckerzeugte Anpressung sehr hoch und führt zu einem hohen Gleitflä chenverschleiß.Looking at the preferred application of the invention, the Ab sealing problem is increased by the fact that the load on the slip ring gas pressure against the rotary valve in the respective combustion chamber in Ab dependence on the work cycle is subject to very large fluctuations. So that Pressure in the combustion chamber ensures that the slip ring is properly pressed against the rotary slide and thus creates a good seal at this point State of the art the sliding surface is smaller than the sum of the combustion chamber facing surfaces or their projections, which the combustion chamber pressure in Rich tion rotary valves are exposed. At high combustion chamber pressures the pressure generated by gas pressure is very high and leads to a high sliding surface wear and tear.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 unter Wahrung der Vorteile des Verzichts auf eine Ölschmierung mit einfachen Mitteln so auszubilden, daß trotz einwand freier Abdichtung der Verschleiß an den miteinander zusammenwirkenden Gleit flächen von Schleifring und Drehschieber vernachlässigbar ist. The invention has for its object a sealing arrangement according to the Preamble of claim 1 while preserving the advantages of waiving to train on oil lubrication with simple means so that despite flawless free sealing of wear on the interacting sliding surfaces of the slip ring and rotary valve is negligible.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Er findung beschreiben die Unteransprüche.The achievement of this task consists in the characterizing Features of the main claim, advantageous training and further education of the Er invention describe the subclaims.

Bezüglich des Patentanspruchs 2 und der auf ihn rückbezogenen Ansprüche ist darauf hinzuweisen, daß die in ihm geschützte Merkmalskombination sich auch dann anwenden läßt, wenn eine Ölschmierung vorliegt und/oder die Bemessungs regel des Patentanspruchs 1 nicht erfüllt ist. Die Maßnahme gemäß Patentan spruch 2 ist der Lösung der Aufgabe jedoch insofern förderlich, als bei An ordnung des als Gasdichtung dienenden Dichtrings nicht in schleifringseitigen, sondern in gehäuseseitigen Nuten der Schleifring in Höhe des Dichtrings rela tiv dünnwandig gehalten sein kann, wodurch von vornherein eine relativ kleine, dem Gasdruck in Richtung Drehschieber ausgesetzte Stirnfläche des Schleifrings erzielbar ist; dies wiederum ermöglicht die Einhaltung der Bemessungsregeln nach Anspruch 1 mit relativ kleinen Querschnittsabmessungen des Schleifrings im Bereich seiner Gleitfläche.Regarding claim 2 and the claims referring back to it to point out that the combination of features protected in it also can then be used if there is oil lubrication and / or the design rule of claim 1 is not met. The measure according to Patentan Proof 2 is helpful in solving the problem, however, as with An order the sealing ring serving as gas seal not in the slip ring side, but in the housing-side grooves of the slip ring at the level of the sealing ring rela tiv can be kept thin-walled, which means from the outset a relatively small, face of the slip ring exposed to the gas pressure in the direction of the rotary valve is achievable; this in turn enables compliance with the design rules according to claim 1 with relatively small cross-sectional dimensions of the slip ring in the area of its sliding surface.

Der Bemessungsregel nach Patentanspruch 1 liegt folgende gasdynamische Überle gung zugrunde:The design rule according to claim 1 is the following gas dynamic overlap based on:

Nimmt man zwischen Schleifring und Drehschieber einen idealisierten Leckspalt minimaler Höhe an, so strömt entsprechend dem an diesem anliegenden Druckge fälle Leckgas durch den Spalt. Im einfachen Fall eines Spaltes konstanter Höhe, Länge und Breite strömt bei überkritischem Druckverhältniss Leckgas mit Schallgeschwindigkeit durch den Spalt, in dem sich je nach Art des Gases ein Druck zwischen dem 0,49- bis 0,56-fachen des Gasdrucks im Brennraum oder allgemeiner: im Druckraum einstellt. Für einen vollkommenen Ausgleich der vom Gasdruck ausgeübten Kräfte wäre in diesem Fall die axial statisch wirksame Schleifringdruckfläche als das 0,49- bis 0,56-fache der Gleitfläche des Schleifrings am Drehschieber zu bemessen.If you take an idealized leakage gap between the slip ring and rotary valve minimum height, flows according to the pressure applied to it leak gas through the gap. In the simple case of a gap more constant Height, length and width flow leak gas at supercritical pressure ratio at the speed of sound through the gap, depending on the type of gas a pressure between 0.49 and 0.56 times the gas pressure in the combustion chamber or more general: set in the pressure room. For a perfect balance of In this case, the forces exerted by the gas pressure would be the axially statically effective ones Slip ring pressure area than 0.49 to 0.56 times the sliding area of the Dimension slip ring on the rotary valve.

Für gasdynamisch nicht kritische Druckverhältnisse, daß heißt im Bereich gerin ger Brennraumdrücke sowie bei negativem Druckgefälle, tritt eine negative Anpreßkraft auf, die durch die Kraft der Feder oder einen unvollkommenen über kritischen Druckausgleich überkompensiert werden muß. In jedem Falle folgt aus diesen gasdynamischen Betrachtungen, daß bei Einhaltung der im Patentan spruch 1 angegebenen Bemessungsregel sowohl eine einwandfreie Abdichtung er zielt als auch (da die Gleitfläche des Schleifrings relativ groß bemessen ist) ein unerwünschter Verschleiß der zusammenwirkenden Dichtflächen von Schleif ring und Drehschieber vermieden wird.For gas dynamics not critical pressure conditions, that means in the range gerin low combustion chamber pressures as well as negative pressure drops, a negative occurs Contact pressure due to the force of the spring or an imperfect one critical pressure compensation must be overcompensated. In any case follows from these gas dynamic considerations that if the in the patent 1 specified dimensioning rule, both a perfect seal aims as well (since the sliding surface of the slip ring is relatively large) an undesirable wear of the interacting sealing surfaces of grinding ring and rotary valve is avoided.

Verständlicherweise können außerhalb der mehrfach erwähnten Gleitfläche wei tere Gleitflächen vorgesehen sein, die gasdruckentlastet sind und den Ver schleiß weiter vermindern.Understandably, white outside the sliding surface mentioned several times tere sliding surfaces are provided, which are relieved of gas pressure and Ver further reduce wear.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert, die Querschnitte durch den hier interessierenden Bereich der Zylin derköpfe von Brennkraftmaschinen wiedergeben.Two exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the figures explains the cross sections through the area of interest of the Zylin here reproduce the heads of internal combustion engines.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man im Zylinderkopf 1, der oberhalb des Zylinderblocks 2 mit dem Brennraum 3 einer Brennkraftmaschine sitzt, den Walzendrehschieber 4 an sich bekannter und daher nicht dargestellter Bauart; seine Längsachse ist mit 5 bezeichnet. In bekannter Weise enthält der Walzen drehschieber 4 im wesentlichen quer und/oder längs verlaufende Kanäle, die den Brennraum 3 - sowie weitere Brennräume im Zylinderblock 2 - zeitweise mit einer Frischgaszufuhr oder einem Abgassystem der Brennkraftmaschine ver binden.If one looks first at FIG. 1, one can see in the cylinder head 1 , which sits above the cylinder block 2 with the combustion chamber 3 of an internal combustion engine, the rotary rotary valve 4 of a type which is known per se and therefore not shown; its longitudinal axis is designated 5 . In a known manner, the rotary vane 4 contains essentially transverse and / or longitudinal channels that temporarily connect the combustion chamber 3 - and other combustion chambers in the cylinder block 2 - with a fresh gas supply or an exhaust system of the internal combustion engine.

Die im Rahmen der Erfindung besonders interessierende Dichtungsanordnung ent hält als wesentliche Bestandteile den Schleifring 6, der mit seiner Gleit fläche 7 bei Drehbewegungen des Drehschiebers 4 auf dessen Umfangsfläche glei tet und den Kanal 8 umschließt, die auf den Schleifring 6 eine Kraft in Rich tung auf den Drehschieber 4 ausübende, sich an der Gehäuseschulter 9 abstützen de Druckfeder 10 und den Gasdichtring 11, der in die Nut 11 a im Zylinderkopf 1 eingesetzt ist. Der Zylinderkopf 1 bildet also zugleich ein Gehäuse sowohl für den Drehschieber 4 als auch die beschriebene Dichtungsanordnung.The sealing arrangement which is of particular interest in the context of the invention contains, as essential components, the slip ring 6 , the sliding surface 7 with its sliding surface during rotary movements of the rotary valve 4 on its circumferential surface and encloses the channel 8 , which exerts a force on the slip ring 6 in the direction of the rotary valve 4 exercising, supported on the housing shoulder 9 de compression spring 10 and the gas sealing ring 11 , which is inserted into the groove 11 a in the cylinder head 1 . The cylinder head 1 thus also forms a housing for both the rotary valve 4 and the sealing arrangement described.

Der Schleifring 6 besteht aus einem Material, das eine Schmierung im Bereich der Gleitfläche 7 erübrigt. Durch den auf die brennraumseitige Stirnfläche 12 des Schleifrings 6 wirkenden Gasdruck wird der wesentliche Teil der An preßkraft zwischen Schleifring 6 und Drehschieber 4, das heißt der wesentliche Teil der Dichtkraft, erzeugt. Damit einerseits die Dichtkraft im Bereich der Gleitfläche 7 ausreichend groß ist, andererseits aber ein unerwünschter Ab rieb an den zusammenwirkenden Flächen von Schleifring 6 und Drehschieber 4 vermieden ist, beträgt die gasdruckbeaufschlagte Stirnfläche 12 des Schleif rings 6 das 0,4- bis 0,7-fache der Größe der Gleitfläche 7, ist also etwa halb so groß wie diese. Umgekehrt kann man sagen, daß die Dichtfläche 7 etwa doppelt so groß wie die Stirnfläche 12 gewählt ist. Hinsichtlich der Erfüllung dieser Bemessungsregel auch bei einem relativ dünnwandigen Schleifring 6 macht sich die Unterbringung des Gasdichtrings 11 in einer Nut 11 a günstig bemerkbar, die nicht, wie beim Stand der Technik, im äußeren Umfang des Schleifrings 6, sondern in der diesem gegenüberstehenden Wand des Zylinderkopfes 1 vorgesehen ist.The slip ring 6 consists of a material which makes lubrication in the area of the sliding surface 7 unnecessary. By acting on the combustion chamber end face 12 of the slip ring 6 gas pressure, the essential part of the pressing force between slip ring 6 and rotary valve 4 , that is, the essential part of the sealing force, is generated. On the one hand, the sealing force in the area of the sliding surface 7 is sufficiently large, but on the other hand an undesirable from rubbing against the cooperating surfaces of the slip ring 6 and rotary valve 4 is avoided, the gasdruckbeaufschlagte end face is 12 of the slip ring 6 is 0.4 to 0.7 -fold the size of the sliding surface 7 , is about half the size of this. Conversely, it can be said that the sealing surface 7 is approximately twice as large as the end surface 12 . With regard to the fulfillment of this dimensioning rule even with a relatively thin-walled slip ring 6 , the accommodation of the gas sealing ring 11 in a groove 11 a is noticeably noticeable, which is not, as in the prior art, in the outer circumference of the slip ring 6 , but in the wall of this opposite Cylinder head 1 is provided.

Dieses Merkmal zeigt in abgewandelter Form auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Der Zylinderkopf ist hier mit 20, der Zylinderblock mit 21, der Brenn raum mit 22 und der diesen mit Strömungswegen im Drehschieber 23 verbindende Kanal ist mit 24 bezeichnet. Wiederum erkennt man einen Schleifring 25, dessen gasdruckbeaufschlagte Stirnfläche 26 etwa halb so groß ist wie seine Dichtflä che 27, die unter der Wirkung der Feder 28 und des Gasdrucks gegen die Umfangs fläche des Drehschiebers 23 gedrückt wird.This feature shows in a modified form also the embodiment of FIG. 2. The cylinder head is here with 20 , the cylinder block with 21 , the combustion chamber with 22 and the connecting this with flow paths in the rotary valve 23 channel is designated 24 . Again, you can see a slip ring 25 , the gas-pressurized end face 26 is about half the size of its sealing surface 27 , which is pressed under the action of the spring 28 and the gas pressure against the circumferential surface of the rotary valve 23 .

In diesem Ausführungsbeispiel wird die Nut 29 zur Aufnahme des Gasdichtrings 30 durch die Schulter 31 im Zylinderkopf 20 und eine Ausnehmung in dem Zusatz ring 32 gebildet, der durch die Feder 28 niedergehalten ist.In this embodiment, the groove 29 for receiving the gas sealing ring 30 is formed by the shoulder 31 in the cylinder head 20 and a recess in the additional ring 32 , which is held down by the spring 28 .

Insbesondere im Falle der Konstruktion nach Fig. 1, in der die Nut 11 a also direkt ins Material des Zylinderkopfes 1 eingestochen ist, ist es zur Montage zweckmäßig, einen geschlitzten Dichtring 11 zu verwenden, der zur Montage radial zusammengedrückt werden kann. Im zusammengedrückten Zustand liegen die Stoßenden des Dichtrings axial übereinander, so daß es zweckmäßig ist, der Nut 11 a eine Höhe zu geben, die der doppelten Höhe des Dichtrings ent spricht. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, einen mehrere Windungen auf weisenden Dichtring einzusetzen; auch dann wird man die Höhe der Nut der Höhe des Dichtrings während seiner Durchmesserverringerung entsprechend wählen. Um einen festen Sitz des Dichtrings in der Nut zu gewährleisten, kann in diese nachträglich ein weiterer Ring eingesetzt werden, der, da er keine Dichtaufga ben löst, einen relativ großen Montageschlitz besitzen kann.In particular, in the case of the construction according to FIG. 1, in which the groove 11 a is thus pierced directly into the material of the cylinder head 1 , it is expedient for assembly to use a slotted sealing ring 11 which can be radially compressed for assembly. In the compressed state, the butt ends of the sealing ring are axially one above the other, so that it is expedient to give the groove 11 a a height that speaks ent the double height of the sealing ring. In principle, however, it is also possible to use a sealing ring with several turns; even then you will choose the height of the groove corresponding to the height of the sealing ring during its diameter reduction. In order to ensure a tight fit of the sealing ring in the groove, a further ring can be used subsequently, which, since it does not solve sealing tasks, can have a relatively large mounting slot.

Mit der Erfindung ist also eine Dichtungsanordnung für einen Drehschieber geschaffen, die sich durch gute Dichtwirkung und Verschleißarmut auszeichnet.With the invention is thus a sealing arrangement for a rotary valve created, which is characterized by good sealing effect and low wear.

Claims

1.Seal arrangement for a rotary valve which is exposed to fluctuating pressures in an adjacent pressure chamber, in particular a combustion chamber of an internal combustion engine, with a slip ring which, without oil lubrication, has at least one circumferential sliding surface under the action of forces caused by the pressure exerted on it in the pressure chamber and at least one spring is exerted on it, on which the slide rests, and enclose the slip ring on the circumference with at least one sealing ring which is axially fixed in a groove to seal a gap between the slip ring and a housing receiving it, characterized in that the sum of the slide ( 4 ) facing, pressurized surfaces ( 12 ) of the slip ring ( 6 ) or their corresponding projections is approximately 0.4 to 0.7 times the sliding surface ( 7 ) .

2. Sealing arrangement for a rotary valve, the fluctuating pressures in an adjacent pressure chamber, in particular a combustion chamber of an internal combustion engine, is exposed to a slip ring with at least one circumferential sliding surface under the action of forces from the pressure on it in Pressure chamber are exerted on it, on the slide lies sealingly, and with at least one circumferentially surrounding the slip ring, axially fixed in a groove sealing ring for sealing a gap between the slip ring and a housing receiving it, in particular according to claim 1, characterized that the groove ( 11 a ) is provided on the housing side and the sealing ring ( 11 ) is biased radially inwards into NEN.

3. Sealing arrangement according to claim 2, characterized in that the groove ( 11 a ) is provided directly in the material of the housing ( 1 ).

4. Sealing arrangement according to claim 2, characterized in that the groove ( 29 ) is formed by a slide ( 23 ) facing the inner shoulder ( 23 ) of the housing ( 20 ) and an additional ring ( 32 ).

5. Sealing arrangement according to claim 4, characterized in that the set ring ( 32 ) clamped by a ring between it and an outer shoulder on the grinding ring ( 25 ), this against the slide ( 23 ) pressing spring ( 28 ) is held down.

6. Sealing arrangement according to one of claims 2 to 5, characterized in that the sealing ring ( 30 ) is slotted and is designed such that its ends can be moved axially next to each other to reduce its diameter, and that the groove height is approximately equal to the height of the sealing ring ( 30 ) is dimensioned with a reduced diameter.

7. Sealing arrangement according to claim 6, characterized in that in the groove ( 29 ) at least one further ring with a wide-open mounting slot is arranged axially next to the sealing ring ( 30 ).