EP0873468A1 - Drehschiebersteuerung für verbrennungsmaschinen und kolbenpumpen - Google Patents

Drehschiebersteuerung für verbrennungsmaschinen und kolbenpumpen

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EP0873468A1
EP0873468A1 EP96932597A EP96932597A EP0873468A1 EP 0873468 A1 EP0873468 A1 EP 0873468A1 EP 96932597 A EP96932597 A EP 96932597A EP 96932597 A EP96932597 A EP 96932597A EP 0873468 A1 EP0873468 A1 EP 0873468A1
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rotary valve
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cylinder
rotary
sealing rings
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the invention relates to a rotary valve control for internal combustion engines and piston pumps with a cylinder head, in which a rotationally symmetrical, dome-shaped, with a drive coupled to a rotary valve is rotatably arranged around the cylinder axis and in the cylinder head at least one inlet channel and at least one outlet channel provided, and one with the Inlet channel or the outlet channel corresponding control opening are provided, in which a freely rotatable sealing ring is arranged in the area of the inlet channel and the outlet channel at least on the side of the rotary valve facing the cylinder, the rotary valve is driven in the center and the cylinder head and the cylinder are provided with cooling channels on both sides of the rotary valve.
  • This known rotary slide valve control has the disadvantage that the rotary slide valve does not have an adequate seal with respect to the openings in the cylinder head and is necessary for a long service life. In addition, the cooling of the rotary valve appears to be insufficient.
  • the technical problem on which the invention is based is therefore to improve the known rotary slide control mentioned at the outset with regard to its reliability, resilience, service life and economy.
  • the rotatable sealing rings have a multiple function. Because they are now driven mechanically or preferably hydraulically, regardless of the rotation of the rotary valve, they are also lubricated and cooled at the same time.
  • the sealing rings on the outside i.e. the side of the rotary valve facing away from the cylinder, not only seal the rotary valve against the inlet and outlet channels, but they also act as axial bearings in order to dampen the pressure forces generated by the piston and acting on the rotary valve.
  • the sealing rings which act as axial bearings, also prevent the rotary slide valve from vibrating when the load changes during operation of the device. This also allows the wall thickness of the rotary valve to be reduced, so that less heat is stored in it and the inertia forces caused by its mass are reduced.
  • the suspension device which is activated in the drive of the rotary valve and acts in the direction of rotation, which can act mechanically or hydraulically, allows the circular speed of the rotary valve to fluctuate. Such a fluctuation is caused, for example, by the changing pressure conditions in the cylinder.
  • the sprung drive of the rotary valve smoothes the rotary movement of the rotary valve and prevents shock loads on the drive system.
  • the suspension unit can also be designed with springs that can be controlled in terms of their spring characteristics, in order to be able to adapt the motor characteristics to the requirements, for example when used in an internal combustion engine, and for example to be able to achieve a higher torque.
  • Fig. 1 shows the longitudinal section along the line AB in Fig. 2 by an embodiment of the device according to the invention and Fig. 2 schematically shows the arrangement of the openings in
  • Fig. 1 the cylinder 7 with the piston 9 arranged therein and the cylinder head 8 can be seen.
  • Cylinder head 8 and cylinder 7 have cavities 10 for receiving coolant.
  • the rotary valve 1 provided with a collar 11 is arranged in a correspondingly designed cavity between the cylinder 7 and the cylinder head 8.
  • the upper end of the collar 11 is non-positively provided with a drive wheel 12.
  • the middle part of the cylinder head 8 has a cup-shaped recess 13, in the bottom of which there is an opening for receiving an ignition device, for example a spark plug.
  • the suspension device 16 is switched on between the drive wheel 12 and the collar 11.
  • the exhaust port 6 can be seen, which is sealed against the rotary valve 1 by rotatable sealing rings 2 and 3. Sealing rings 14 and 15 are also provided for sealing the collar 11 with respect to the cylinder 7 and the cylinder head 8.
  • the sealing rings 3 are simultaneously designed as thrust bearings so that they dampen the forces acting on the rotary valve from the compression. If a suspension device 16 which can be controlled during the operation of the device is used, the output stroke of the device can be influenced. This allows the operating characteristic to be adapted and, for example, a higher torque to be achieved.
  • Fig. 2 shows a snapshot of the relative position of the opening 4 in the rotary valve 1 with respect to the intake port 5 and the exhaust port 6 in the cylinder head 8 at a certain rotational position of the rotary valve 1st
  • the rotary valve 1 is arranged centrally to the cylinder head.
  • the coolant contained in the cavities 10 cools the cylinder 7 and cylinder head 8 and thus also the rotary valve 1.
  • the surfaces of the cylinder head 8 and the cylinder 7 ⁇ facing the rotary valve 1 are adapted to the dome shape of the rotary valve 1.
  • the rotatable sealing rings 2 and 3 which - as shown - are installed on both sides of the inlet and outlet channel, ensure the necessary sealing during operation.
  • the sealing rings can also be provided on one side only.
  • the rotatable sealing rings 2, 3 sliding on the spherical surface of the rotary valve 1 form an essential advantage of the device.
  • the degree of compression is not restricted by a glowing valve.
  • the flow in the inlet and outlet channels is improved by approximately 40% compared to valve-operated inlet and outlet openings.
  • the speed limit is shifted to higher speeds. The engine runs more smoothly and quietly. The better one Utilization of the fuel leads to environmental protection.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehschiebersteuerung für Verbrennungsmaschinen und Kolbenpumpen. In dem Zylinderkopf der Maschine ist ein rotationssymmetrischer kalottenförmiger antreibbarer Drehschieber angeordnet. Im Zylinderkopf ist im Bereich des Einlaßkanals und des Auslaßkanals wenigstens ein drehbarer Dichtring vorgesehen, welcher mit einem Antrieb versehen ist. Der Drehschieber ist unter Zwischenschaltung einer in Umfangsrichtung wirkenden Federungseinrichtung mit seinem Antrieb gekoppelt und die auf der dem Zylinder abgewandten Seite des Drehschiebers angeordneten Dichtringe sind als Axiallager ausgebildet.

Description

Drehschiebersteuerung für Verbrennungsmaschinen und Kolbenpumpen.
Die Erfindung betrifft eine Drehschiebersteuerung für Verbrennungsmaschinen und Kolbenpumpen mit einem Zylinderkopf, in dem ein rotationsymmetrischer, kalottenförmiger ,mit mit einem Antrieb gekoppelter Drehschieber um die Zylinderachse drehbar angeordnet ist und im Zylinderkopf wenigstens ein Einlaßkanal und wenigstens ein Auslaßkanal vorgesehen, sowie im Drehschieber eine mit dem Einlaßkanal bzw. dem Auslaßkanal korrespondierende Steueröffnung vorgesehen sind, bei dem im Bereich des Einlaßkanals und des Auslaßkanals wenigstens auf der dem Zylinder zugewandten Seite des Drehschiebers ein frei drehbarer Dichtring angeordnet ist, der Drehschieber mittig angetrieben ist und der Zylinderkopf und der Zylinder zu beiden Seiten des Drehschiebers mit Kühlkanälen versehen sind.
Eine solche Drehschiebersteuerung ist bekannt ( DE-A- 43 12 492 ) .
Es ist eine andere Drehschiebersteuerung bekannt (DE-PS- 911 791) . Bei dieser bekannten Drehschiebersteuerung ist der Drehschieber am Rand mit einer Verzahnung versehen, welche im Eingriff mit einem am Ende einer Welle angeordneten Ritzel steht. Außerdem ist der Zylinderkopf und damit der Drehschieber durch außen auf dem Zylinderkopf angeordnete Kühlrippen gekühlt.
Diese bekannte Drehschiebersteuerung weist den Nachteil auf, daß der Drehschieber gegenüber den Öffnungen im Zylinderkopf keine ausreichende und für eine hohe Lebensdauer erforderliche Abdichtung besitzt. Außerdem erscheint die Kühlung des Drehschiebers nicht ausreichend zu sein.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht deshalb darin, die eingangs genannte bekannte Drehschiebersteuerung im Hinblick auf ihre Zuverlässigkeit, Belastbarkeit, Lebensdauer und Sparsamkeit zu verbessern.
Dieses technische Problem ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß a) der Drehschieber mit dem Antrieb unter Zwischenschaltung einer in Umfangsrichtung wirkenden Federungseinrichtung gekoppelt ist, b) die drehbaren Dichtringe mit einem Antrieb gekoppelt sind, c) die auf der vom Zylinder abgewandten Seite des Drehschiebers angeordneten Dichtringe als Axiallager ausgebildet sind, d) die Dichtringe mit einer Schmierung und Kühlung versehen sind.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung weisen die drehbaren Dichtringe eine Mehrfachfunktion auf. Weil sie nun unabhängig von der Rotation des Drehschiebers ständig mechanisch oder vorzugsweise hydaulisch angetrieben werden, werden sie gleichzeitig auch geschmiert und gekühlt.
Die Dichtringe auf der Außenseite, d.h.der vom Zylinder abgewandten Seite des Drehschiebers dichten nicht nur den Drehschieber gegenüber den Einlaß- und Auslaßkanälen ab, sondern sie wirken auch als Axiallager, um die durch den Kolben erzeugten und auf den Drehschieber wirkenden Druckkräfte zu dämpfen.
Die als Axiallager wirkenden Dichtringe verhindern auch ein mögliches Vibrieren des Drehschiebers beim Lastwechsel während des Betriebes der Vorrichtung. Dies erlaubt gleichzeitig die Wandstärke des Drehschiebers zu verringern, so daß in ihm weniger Wärme gespeichert wird und die durch ihre Masse verursachten Schwungkräfte verringert werden. Die in den Antrieb des Drehschiebers eingeschaltete, in Drehrichtung wirkenden Federungseinrichtung, welche mechanisch oder hydraulisch wirken kann, gestattet eine Schwankung der Kreisgeschwindigkeit des Drehschiebers. Eine derartige Schwankung wird beispielsweise durch die wechselnden Druckverhältnisse im Zylinder verursacht. Durch den abgefederten Antrieb des Drehschiebers wird die Drehbewegung des Drehschiebers vergleichmäßigt und stoßformige Belastungen des Antriebsystems verhindert.
Die Federungseinheit kann erforderlichenfalls auch mit in ihrer Federcharakteristik steuerbaren Federn ausgeführt sein, um -beispielsweise in der Anwendung in einem Verbrennungsmotor- die Motorcharakteristik an die Erfordernisse anpassen und beispielweise ein höheres Drehmoment erzielen zu können.
Vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 enthalten. Sie ist nachstehend anhand eines in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 den Längsschnitt entlang der Linie AB in Fig. 2 durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 schematisch die Anordnung der Öffnungen in
Zylinderkopf und Drehschieber bei der Vorrichtung gemäß Fig.l.
In Fig. 1 sind der Zylinder 7 mit dem darin angeordneten Kolben 9 und der Zylinderkopf 8 zu erkennen. Zylinderkopf 8 und Zylinder 7 weisen Hohlräume 10 zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit auf. In einem entsprechend gestalteten Hohlraum zwischen dem Zylinder 7 und dem Zylinderkopf 8 ist der mit einem Kragen 11 versehene Drehschieber 1 angeordnet. Das obere Ende des Kragens 11 ist kraftschlüssig mit einem Antriebsrad 12 versehen. Das Mittelteil des Zylinderkopfes 8 weist eine topfförmige Vertiefung 13 auf, in deren Boden eine Öffnung für die Aufnahme einer Zündvorrichtung, beispielsweise einer Zündkerze, vorgesehen ist. Zwischen das Antriebsrad 12 und den Kragen 11 ist die Federungseinrichtung 16 eingeschaltet.
Im Zylinderkopf 8 ist der Auslaßkanal 6 zu erkennen, welcher gegenüber dem Drehschieber 1 durch drehbare Dichtringe 2 und 3 abgedich tet ist. Dichtringe 14und 15 sind auch zur Abdichtung des Kragens 11 gegenüber dem Zylinder 7 und dem Zylinderkopf 8 vorgesehen.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist im Breich der äußeren Kante des Drehschiebers 1 im Zylinderkopf 8 ein umlaufender Kanal vorhanden, welcher über die Öffnung 17 mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht.
Die Dichtringe 3 sind gleichzeitig als Axiallager ausgebildet, so daß sie die von der Kompression auf den Drehschieber wirkenden Kräfte dämpfen. Wenn eine während des Betriebes der Vorrichtung steuerbare Federungseinrichtung 16 verwendet wird, kann der Ausstoßtakt der Vorrichtung beeinflußt werden.Dadurch kann die Betriebscharakteristik angepaßt und beispielsweise ein höheres Drehmoment erzielt werden. Fig. 2 zeigt in einer Momentaufnahme die relative Stellung der Öffnung 4 im Drehschieber 1 gegenüber dem Einlaßkanal 5 und dem Auslaßkanal 6 im Zylinderkopf 8 bei einer bestimmten Drehstellung des Drehschiebers 1.
Der Drehschieber 1 ist mittig zum Zylinderkopf angeordnet. Durch das in den Hohlräumen 10 enthaltene Kühlmittel sind Zylinder 7 und Zylinderkopf 8 und damit auch der Drehschieber 1 gekühlt. Die dem Drehschieber 1 zugewandten Flächen des Zylinderkopfes 8 und des Zylinders 7 εind an die Kalottenform des Drehschiebers 1 angepaßt. Durch den dadurch vorhandenen engen Kontakt des Drehschiebers mit dem gekühlten Zylinderkopf 8 und Zylinder 7 erfolgt auch eine gute Kühlung des Drehschiebers.
Die drehbaren Dichtringen 2 und 3, welche - wie gezeigt - beidseitig von Ein- und Auslaßkanal eingebaut sind, sorgen für die erforderliche Abdichtung während des Betriebes.Die Dichtringe können aber auch nur einseitig vorhanden sein. Die auf der Kugelfläche des Drehschiebers l gleitenden drehbaren Dichtringe 2,3 bilden einen wesentlichen Vorteil der Vorrichtung.
Weitere Vorteile der vorgeschlagenen Lösung sind : Der Verdichtungsgrad wird durch kein glühendes Ventil beschränkt. Die Strömung in Einlaß- und Auslaßkanal wird um ca. 40% gegenüber von durch Ventile betätigte Ein- und Auslaßöffnungen verbessert. Ein durch Ventilfedern verursachter Leistungsverlust tritt nicht ein. Die Drehzahlgrenze ist nach höheren Drehzahlen verschoben. Der Lauf des Motors ist gleichmäßiger und leiser. Die bessere Ausnutzung des Treibstoffes führt zu einer Schonung der Umwelt.

Claims

Patentansprüche.
1.Drehschiebersteuerung für Verbrennungsmaschinen und Kolbenpumpen mit einem Zylinderkopf, in dem ein rotationssynunetrischer kalottenförmiger mit einem Antrieb gekoppelter Drehschieber um die Zylinderachse drehbar angeordnet ist und im Zylinderkopf wenigstens ein Einlaßkanal und wenigstens ein Auslaßkanal vorgesehen, sowie im Drehschieber eine mit dem Einlaßkanal bzw. dem Ausalßkanal korrespondierende Steueröffnung vorgesehen sind,bei dem im Bereich des Einlaßkanals und des Auslaßkanals wenigstens auf der dem Zylinder zugewandten Seite des Drehschiebers ein frei drehbarer Dichtring angeordnet ist, der Drehschieber mittig angetrieben ist und der Zylinderkopf und der Zylinder zu beiden Seiten des Drehschiebers mit Kühlkanälen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Drehschieber (1) mit dem Antrieb unter Zwischenschaltung einer in Umfangsrichtung wirkenden Federungseinrichtung (16) gekoppelt ist, b) die drehbaren Dichtringe (2,3) mit einem Antrieb gekoppelt sind, c) die auf der vom Zylinder (7) abgewandten Seite des Drehschiebers angeordneten Dichtringe (2) als Axiallager ausgebildet sind, d) die Dichtringe (2,3) mit einer Schmierung und Kühlung versehen sind.
2. Drehschiebersteuerung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kragen (11) des Drehschiebers (1) und dem Zylinderkopf (7) Dichtringe (14,15) vorgesehen sind.
3. Drehschiebersteuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der äußeren Kante des Drehschiebers (l) im Zylinderkopf (8) ein umlaufender Kanal vorhanden ist, welcher über wenigstens eine Öffnung (17) mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht.
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