EP2501900A2 - Dichtungs-ausführung für schiebebüchsen zur gaswechselsteuerung in verbrennungsmotoren - Google Patents

Dichtungs-ausführung für schiebebüchsen zur gaswechselsteuerung in verbrennungsmotoren

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EP2501900A2
EP2501900A2 EP10781664A EP10781664A EP2501900A2 EP 2501900 A2 EP2501900 A2 EP 2501900A2 EP 10781664 A EP10781664 A EP 10781664A EP 10781664 A EP10781664 A EP 10781664A EP 2501900 A2 EP2501900 A2 EP 2501900A2
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sliding
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sealing
sealing seat
internal combustion
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Günter Elsbett
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    • F16J10/00—Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
    • F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
    • F16J10/04—Running faces; Liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L7/04—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves surrounding working cylinder or piston
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    • A45B19/00—Special folding or telescoping of umbrellas
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • A45B25/10—Umbrella crowns
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F02B75/282—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders the pistons having equal strokes

Definitions

  • the invention is particularly applicable to use
  • Suitable for reciprocating engines the working gas inlet and outlet control slots, or channels are arranged in the region of the upper Kolbentotissue. It is known ⁇ DE-A-1906542), the gas exchange in internal combustion engines by
  • the known cylinder seal for laterally moving pistons by means of seals against the gas pressure piston rings can not be made for reasons of space for the sliding sleeve. Rather, here either an embodiment similar to that of a valve in question, i. the sliding sleeve has a conical sealing seat on its edge which controls the channel opening, or it closes off the channel openings, as is known with slider controls
  • valve seat-like sealing end face of a sliding sleeve with the same internal diameter throughout differs in the function of conventional valves in that the gas pressure can exert no closing force on the sealing surface. On the contrary, if the
  • pressurized gas can get into the resulting gap and seeks to increase it, as a result of which the sliding sleeve can be pressed on or at least continues to leak.
  • the object of the invention is therefore the,
  • Inner diameter of the sliding sleeve reaches in the region of the sealing end face, i. the outer sealing
  • Cylinder located sealing seat are made interchangeable. This can, similar to conventional
  • Valve seats a well-suited material to be used.
  • Range is swept by the piston and piston rings, suitably a conventional
  • the sliding sleeve can be made of high-strength and heat-resistant material in the region of its sealing surface.
  • the various materials can be friction welded,
  • connection method be connected.
  • the advantage of this design with different materials is a higher strength and temperature resistance.
  • Fig. 1 shows a cross section through an opposed piston engine. Two pistons 1 and 2 move in opposite directions in one
  • Motor housing consisting of two crankcases 3 and 4 and two cylinder halves 5 and 6 which are interconnected by a cylinder center part 7.
  • the pistons are driven by two crankshafts 8 and 9, as well as the connecting rods 10 and 11. Their movement is synchronized by a gear wheel 12.
  • the pistons run in the sliding bushes 13 and 14, which in turn are slidably guided in the cylinder halves 5 and 6. By their displacement, the
  • annular gas channels 15 and 16 are opened and closed independently.
  • Fig. 2 shows the details of the aforementioned cross section in the region of the seal of the sliding sleeves 13 and first The sliding sleeve 13 is in the open state and the
  • Sealing seat for the sliding bushes is mounted in the cylinder center part 7 and as a conical sealing seat 15 and 16th
  • Sliding sleeve is used and their bursting prevented by high gas pressures.
  • Condition for a proper function is that the outer diameter of the sealing seat is not greater than the inner diameter of the sliding sleeve and the space behind the. Sealing seat is sufficiently vented, so that there is no pressure builds up in leaky seat there. This purpose of venting serve local grooves 20 which are mounted at some points of the circumference of the fit 19.
  • Fig. 3 shows an example of a replaceable seat ring 21, which is held by the flanges 22 and 23, which are fastened by means of the screws 24.
  • This embodiment has the advantage that for the seat ring 21, an optimally suitable material can be selected, regardless of the material of the cylinder center part 7. It is also shown that the
  • Sealing surfaces having front side of the sliding sleeve can be designed as a separate material-optimized part 25, which is firmly connected to the sliding sleeve.

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Abstract

Dichtungs-Ausführung für Schiebebüchsen zur Gaswechselsteuerung in Verbrennungsmotoren, die so gestaltet ist, dass sich der Andruck an den dichtenden Sitz der Schiebebüchse ähnlich wie bei üblichen Ventilen in Verbrennungsmotoren durch steigenden Gasdruck erhöht. Das wird erreicht durch eine Druckstufe am inneren Durchmesser im Bereich des Dichtsitzes der Schiebebüchse. Dadurch, dass der maximale Außendurchmesser des dichtenden Sitzes den inneren Durchmesser der Kolben-Lauffläche der Schiebebüchse nicht überschreitet, ist der auf die Schiebebüchse wirkende Schließdruck gleich oder größer als der maximal mögliche auf die Schiebebüchse wirkende Öffnungsdruck, auch dann, wenn der Dichtsitz mit vollem Gasdruck beaufschlagt wird.

Description

Dichtungs-Ausführung für Schiebebüchsen zur
Gaswechseisteuerung in Verbrennungsmotoren
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 {DE-A- 1906542), den Gaswechsel in Verbrennungsmotoren durch
Schiebebüchsen zu steuern. Es ist auch bekannt
(DE202005021624U1 und DE202006020546U1) 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
(DE202005021624U1 und DE202006020546U1) 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.
Figurenbeschreibung
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Gegenkolbenmotor. Zwei Kolben 1 und 2 bewegen sich gegenläufig in einem
Motorgehäuse bestehend aus zwei Kurbelgehäusen 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.
Fig. 2 zeigt die Einzelheiten des vorgenannten Querschnittes im Bereich der Abdichtung der Schiebebüchsen 13 und 1 . 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.
Fig. 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.

Claims

Patentansprüche
1. 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 .
2. Dichtungs-Ausführung an Schiebebüchsen, nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass der Dichtsitz kegelförmig ausgeführt ist.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
EP10781664A 2009-11-18 2010-11-16 Dichtungs-ausführung für schiebebüchsen zur gaswechselsteuerung in verbrennungsmotoren Withdrawn EP2501900A2 (de)

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