DE2651886A1

DE2651886A1 - Dichtungs- und lageranordnung fuer ein drehschieberventil eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE2651886A1
Application number: DE19762651886
Authority: DE
Inventors: William Dieter Guenther
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1975-11-26
Filing date: 1976-11-13
Publication date: 1977-06-08
Also published as: US4019487A; FR2333122A1; NL7613245A; BR7607873A; ES453651A1; GB1556769A; IT1064341B; SE7613296L; JPS5266109A; MX3646E; AU504753B2; CA1044686A; AU1967976A; FR2333122B1

Description

PATE NTANWALTE

ipi. ing. Klaus Westphai Dr.rer.nat. Bernd Mussgnug Seb.-Kneipp-Strasse 14 D-7730 VS-VILLINGEN

Telefon 07721 - 55343 Telegr. Westbuch Villinger Telex 5213177 webu d

■.rer.nat. Otto Buchner Flossmannstrasse 30 a D-8000 MÜNCHEN 60

Telefon 089-832446 Telegr. Westbuch München Telex 5213177 webu d

Unser Zeichen 825.36

DANA CORPORATION

45OO Dorr Street, Toledo

Ohio,

V. St.. A^

DICHTUNGS- und LAGERANORDNUNG für ein DREHSCHIEBERVENTIL eines VERBRENNUNGSMOTOR!;

Postacheckkonto: Karleruhe 76978-764 Bankkonto: Deutsche Bank AQ Villingen (BLZ 68470039) 146332

709823/0280 -2-

DICHTUNGS- und LAGERANORDNUNG für ein DREHSCHIEBERVENTIL eines VERBRENNUNGSMOTORS

Die Erfindung betrifft eine Dichtungs- und lageranordnung für ein Drehschieberventil eines Verbrennungsmotors.

Viele- Fachleute des Motorenbaus betrachten den Motor mit Drehschieberventil, der ein angetriebenes Drehschieberventil für den zeitlich genau begrenzten Einlaß einer abgemessenen ladungsmenge in den Zylinder eines Motors und für den zeitlich begrenzten Ausschub der verbrannten Gase aus dem Zylinder besitzt, als dem konventionellen Motor mit Stößelventil theoretisch überlegen.. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Motor mit JDrehschieberventil einen Ventilkörper oder Rotor besitzt, der sich nur in einer Richtung dreht, um die Einlaß- und Auspuffunktionen zu erfüllen, ohne Nockenwellen, Stößel, komplizierte Federn und Hin- und Herbewegung der Ventile, wie sie beim konventionellen Verbrennungsmotor vorhanden sind..

Ein maßgebendes Hindernis für die Serienfertigung von Verbrennungsmotoren mit Drehschieberventilen liegt in der Schwierigkeit, zuverlässige und dennoch billige Dichtungen für die Ventile an den Stellen vorzusehen, die die Einlaß- und Auspufföffnungen des Ventils umgeben, die mit der Brennkammer des Motors in Verbindung stehen.

Das Fehlen von zuverlässigen Dichtungsanordnungen verursachte bei den meisten Motoren mit Drehschieberventilen nach dem bisherigen Stand der Technik ein Versagen nach nur kurzen Betriebszeiten des Motors, vorwiegend dadurch, daß als Folge eines Dichtungsdefekts hochkomprimierte Verbrennungsgase die Lageranordnungen ausbrannten, die den Ventilkörper tragen.

709823/0280

-6-

Typische Dichtungsanordnungen bei Drehschieberventilen waren aus verschiedenen Gründen unbefriedigend : erstens werden die Dichtungsanordnungen im typischen ^ ungenügend geschmiert; zweitens konnten Dichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik nicht verhindern, daß komprimierte Auspuffgase axial entlang dem Ventilrotor von einem Zylinder im Auspufftakt in einem daneben liegenden Zylinder im Einlaßtakt wanderten, wodurch Hochdruck- Gas>r erosion der Rotorflächen, ungleichmäßige Erhitzung des Ventilkörpers und eine Senkung des Motor- Wirkungsgrades verursacht wurde; drittens erforderten typische Drehschieberventile nach dem bisherigen Stand der Technik gefräste Dichtungssitze innerhalb des Rotorgehäuses, wodurch die Herstellung und Montage von Dichtungen für Drehschieberventile so teuer wurde, daß deren Serienherstellung nicht möglich war.

Die Erfindung bezweckt daher die Schaffung einer Dichtungsund Lageranordnung für ein Drehschieberventil eines Verbrennungsmotors, mit einem zylindrischen Ventilkörper, der wenigstens einen diametral verlaufenden Durchbruch für die Verbindung einer Brennkammer des Motors mit einem Krümmer desselben herstellt, und mit Dichtungskörpern, die eine mit der Brennkammer in Verbindung stehende öffnung umgeben und die abdichtend gegen den Ventilkörper anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Ventilgehäuse enthält, das mit einer axialen Öffnung versehen ist, durch die der Ventilkörper mit Spiel verläuft und der Durchbrüche für die Verbindung mit der Brennkammer und dem entsprechenden Krümmer besitzt, eine Lageranordnung an jedem axialen Ende des Gehäuses, wobei diese Lageranordnungen den Ventilkörper so unterstützen, daß er sich um seine Längsachse drehen kann und daß der diametral verlaufende Durchbruch zwischen den beiden Lageranordhungen zu liegen kommt, und radial verlaufende

709823/0280

-7-

Dichtungsglieder, die so angebracht sind, daß sie eine beschränkte axiale und radiale Bewegung der axialen Enden des Gehäuses zulassen, wobei jedes dieser Dichtungsglieder elastisch dehnbar ist und mit Druckkraft gegen den Ventilkörper anliegt.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt :

Fig. 1 eine Schnittzeichnung eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors mit einer Drehschieberventil-Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Perspektivzeichnung in Explosionsdarstellung einer Dichtungsanordnung für ein Drehschieberventil gemäß der Erfindung mit teilweisen Ausbrüchen, wobei der Rotor, das Ventilgehäuse und die Lager nicht gezeigt werden;

Fig. 3 eine Schnittperspektivzeichnung in Explosionsdarstellung eines Rotorgehäuses und der Rotorlager-Anordnung, entsprechend der in Fig. 2 gezeigten Dichtungsanordnung.

Fig. 4- Eine Querschnittszeichnung des Rotors, des Gehäuses und der Dichtungsanordnung längs einer der Linien

in Fig. 1;

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich der in Fig. 4 gezeigten, die jedoch eine andere Type des Rotorlagers zeigt;

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittzeichnung eines Teils der in Fig. 4 gezeigten Anordnung;

709823/0280

-β-

Fig, 7 eine vergrößerte Schnittzeichnung ähnlich der in Fig. 6 gezeigten, die jedoch einen !Teil der Anordnung in Fig. 5 zeigt;

Fig. 8 eine Perspektivzeichnung in Explosionsdarstellung, nun dor die Art des Zusammenbaus eines RotorgehKufioa, clor Enddiohtungen, und eines Lagers hervorgeht ; und

Fig. 9 eine Ansicht eines Ventilrotors mit schraubenartiger Oberflächenstruktur zur Anregung eines axielen ölflusses.

Fig. 1 zeigt den Zylinderkopf 10 einer Verbrennungsmaschine mit Drehschieberventil, einschließlich Einlaß- und Auspuff-Drehschieberventile, die allgemein mit 11 und 12 bezeichnet werden. Getrennte Einlaß-und Auspuff-Drehschieberventile sind vorzuziehen, da mit dieser Anordnung die Querströmung des Gases zwischen den Zylindern leichter zu beherrschen ist. In direkter Verbindung mit der Einlaß-Ventilanordnung 11 auf der Krümmerseite ist ein Ladedurchtritt 13 vorhanden, der vom (nicht gezeigten) Einlaßkrümmer des Motors kommt. Auf der gegenüber liegenden Seite der Anordnung 11 liegt ein Verbrennungszylinder 14 des Motors,in dem ein Kolben 16 gezeigt wird. Ein im allgemeinen zylindrisches hohles Einlaß-Rotorgehäuse 17 ist innerhalb des Zylinderkopfes 10 angebreicht und besitzt öffnungen 18 bzw. 19 auf der Seite des Krümmers bzw. auf der Verbrennungsseite, die mit dem Einlaßkrümmerund mit der Brennkammer in Verbindung stehen. Innerhalb des Einlaß-Ventilgehäuses 17 ist ein im allgemeinen zylindrischer Ventilrotor 21 drehbar gelagert, der mit einer diametralen Querbohrung oder- Leitung 22 versehen ist, die zwei gegenüberliegende öffnungen 23 ergibt. Wenn sich der

709823/0280

Rotor 21 im Gehäuse 17 dreht, wobei er im Fall eines viertakt Motors mit einem Viertel der Kurbenwellen-Drehzahl angetrieben wird, stellt er in regelmäßigen Abständen durch die öffnungen 18 und 19 auf der Krümmerseite und auf der Verbrennungsseite eine Verbindung zwischen dem Krümmerdurchlaß 13 und dem Verbrennungszylinder 1A- her. Im typischen Fall ist der Rotor 21 länglich und bedient gleichzeitig eine Reihe von Verbrennungszylindern eines Mehrzylinder-Motors. Der Rotor sitzt im Gehäuse 17 mit leichtem Spiel, sodaß sich die beiden nicht berühren, obwohl dieses Spiel in Fig. 1 nicht dargestellt wird..

Auf der gegenüberliegenden Seite des VerbrennungsZylinders 14 im Zylinderkopf 10 liegt die Auspuff-Drehschieberventil-Anordnung 12. Die Auspuff-Anordnung 12 ist ähnlich aufgebaut wie die Einlaß-Anordnung 11, mit einem Rotorgehäuse 17t ^das über öffnungen 18 bzw.. 19 auf der Krümmerseite bzw. auf der Verbrennungsseite verfügt, und mit einem Rotor 21 innerhalb des Gehäuses 17» der mit einem Durchtritt versehen ist, der die öffnungen 23 erzeugt. Ein mit der krümmerseitigen öffnung 18 des Gehäuses in Verbindung stehender Krümmerdurchlaß 24· führt zu einem (nicht gezeigten) Auspuff-Krümmer an Stelle eines Einlaß-Krümmers. Die obige Erklärung bezieht sich sowohl auf die Einlaß- wie auf die Auspuff-Drehschieberanordnungen 11 und 12.

Mit Hilfe der Drehschieberventil-Anordnungen 11 und 12 werden genau dosierte Mengen von Kraftstoff- Luftgemisch durch die krümmerseitige Einlaßöffnung 18 durch die Rotorbohrung 22 in die Brennkammer 14 eingeführt und die Auspuffgase werden von der Kammer 14 durch die Auspuff-Rotorbohrung 22 und die Auspufföffnungen 18 ausgestoßen, wenn die entsprechenden Rotoröffnungen 23 mit den Gehäuseöffnungen 18 und 19 zu den festgelegten Zeitpunkten in Übereinstimmung gebracht werden.

709823/0280

V/ie in Fig· 1 gezeigt, sind auf beiden Seiten jeder Gehäuseöffnung 19 auf der Verbrennungsseite zwei seitliche Drehschieberventil-Dichtungen 26 vorgesehen. Es ist vorzuziehen, die Dichtungen 26 hier anzubringen anstatt an den krümmerseitigen Öffnungen 18, sodaß die Öffnung 19 abgedichtet werden kann, solange das Ventil wie oben dargestellt geschlossen ist, um zu verhindern, daß komprimierte Gase rund um den Rotor 21 eindringen können. Die Seitendichtungen 26 sind im allgemeinen in rechteckig ausgesparten Kanälen oder Schlitzen 27 des Rotorgehäuses 17 untergebracht. Die Kanäle und Seitendichtungen sind vorzugsweise nach innen in Richtung auf die Gehäuseöffnung 19 geneigt, wie in Fig. 1 gezeigt, und nicht radial angeordnet, damit sie so nahe wie möglich bei der Öffnung 19 liegen können. Für die beste Dichtwirkung ist die Formgebung der Seitendichtung 26 vorzugsweise so zu wählen, daß die Berührung mit dem Rotor 21 entlang einer Linie verläuft, die parallel und so nahe wie möglich bei der entsprechenden Kante der Öffnung 19 verläuft. Auf diese V/eise verläuft die Dichtungslinie so nahe wie möglich bei der Öffnung. Die Seitendichtungen 26 werden gegen die Außenflächen des Rotors 21 gedrückt und dichten in Zusammenwirkung mit den weiter unten beschriebenen kreisförmigen Enddichtungen die Brennkammerseite der Gehäuseöffnung 19 vollständig gegen das Ausströmen von Gas während der Hochdruckphasen in der Brennkammer 1A- im Verlauf des Verbrennungstaktes ab. Während des größten Teils dieser Hochdruckphasen befinden sich die Einlaß- und Auspuff- Ventilrotore 21 in Stellungen, bei denen die Rotoröffnungen 23 nicht mit den Gehäuseöffnungen 19 in Verbindung stehen.

Die Figuren 3 und 2 zeigen in Explosionsdarstellung die Ventildichtungs-Anordnung, wobei andere Teile weggenommen sind, sowie die gegenseitige Stellung des Rotorgehäuses und der Dichtungen^ Die Schnittzeichnung in Fig_e 3 zeigt

70 9823/0280

auch mit Weißmetall ausgegossene Lager 28, die abwechlungsweise mit dem Rotorgehäuse 17 zusammengebaut werden, und die den Ventilrotor 21 in seiner Drehbewegung tragen. Wie die Figuren zeigen, werden die Seitendichtungen 26, die auf den gegenüberliegenden Seiten der verbrennungsseitigen Gehäuseöffnung 19 angebracht sind, durch die in dem ausgesparten Kanal 27 des Gehäuses unterhalb der Seitendichtung 26 liegende Feder 29 nach innen gegen die Oberfläche des (in den Figuren 2 und 3 nicht gezeigten) Ventilrotors 21 gedrückt. Die Unterseiten der Seitendichtungen 26 sind vorzugsweise ausgeschnitten, wie in Fig. 2 gezeigt, um die Federn 29 aufnehmen zu können.

Zu beiden Seiten des Gehäuses 17 und der Seitendichtungen 26 sind ringförmige Abschluß- Gasdichtungen $1 vorgesehen, die durch eine entsprechende Vorspannung gegen die Außenfläche des Rotors 21 gedrückt werden und gegen die Seitendichtungen 26 anstoßen. Jede Abschluß- oder Ringdichtung 31 ist mit einem Spalt 32 versehen, der nach einer Seite des Gehäuses 17 von der' verbrennungsseitigen öffnung 19 weg gerichtet ist j damit sich die Ringdichtungen 31 ausdehnen und zusammenziehen können. Der Querschnitt der Ringdichtungen 31 ist im allgemeinen vorzugsweise L-förmig, wie weiter unten näher ausgeführt, um die Unterbringung von federnden öl- Dichtringen 33 im inneren Winkel der Dichtungen zu gestatten. Die Öldichtungen 33 werden weiter unten näher beschrieben. Für eine bessere Stoßverbindung zwischen den Seitendichtungen 26 und den Ringdichtungen können die Seitendichtungen 26 eine (nicht gezeigte) zweiteilige Ausführung aufweisen, mit einer im schrägen Winkel geführten Trennlinie durch einen Eckteil in jeder Dichtung, um die seitliche Ausdehnung zu ermöglichen, wenn die Dichtung 26 gegen den Rotor gedrückt wird; diese nach dem Stand der Technik wohlbekannte Konstruktionsweise verhindert ein Spiel zwischen den Seitendichtungen und den Endabschluß- * dichtungenο

709823/0280

-1H-

Die Rotorlager 28 sitzen zwischen Ringdichtungen 51 und sind, wie in Fig. 3 dargestellt, im allgemeinen als Verlängerungen des Gehäuses 17 angeordnet.. Der Innendurchmesser der lager 28 ist jedoch etwas kleiner als der des Gehäuses 17» um für <1mi Rotor 21 eino ßonau eingepaßte lagerfläche zu erhalten. »um« ^lUM'HOtmlM· ii«i« XJHtftiV PM int im nllgomoinon T-förmig mit innonaoitigon Einstichen zu beiden Seiten. Diese Einstiche yv nehmen die Ringdichtungen 31 und die öldichtungen 33 auf, sodaß die Lager 28 im zusammengebauten Zustand tatsächlich gegen die Enden der Gehäuse 17 anliegen»

Zu beiden Enden der Verbrennungszylinderreihe des Motors kann jeweils anliegend an das letzte (nicht gezeigte) lager eine (nicht gezeigte) Laufbuchse, ähnlich wie ein Teil des Gehäuses 17, jedoch ohne öffnungen, vorgesehen werden, das den Rotor 21 umgibt, um die endseitigen inneren Einstiche 34· des letzten Lagers abzuschließen und den darin enthaltenen Dichtungsring 31 festzuhalten.

Die Dichtungsringe 31 * die zu beiden Seiten der verbrennungsseitigen Gehäuseöffnungen 19 rund um den Ventilrotor 21 verlaufen, sollen verhindern, daß komprimierte Auspuffgase, die aus einer Brennkammer austreten, entlang der Fläche des Rotors 21 in eine benachbarte Brennkammer abwandern, die sich im Einlaßtakt befindet. Sie verhindern somit das axiale Strömen von Auspuffgasen zwischen den einzelnen Zylinder— ventilen. Desgleichen verhindern diese Dichtungen, wenn Gase in einem Verbrennungszylinder komprimiert werden und weder das Einlaß- noch das Auslaß-Drehschieberventil 11 bzw. 12 offen ist, daß die komprimierten Gase von diesem Zylinder entlang der Rotoroberfläche entweichen. Sowohl die Dichtungsringe 31 als auch die Seitendichtungen 26 bestehen vorzugsweise aus Gußeisen oder aus einer Legierung, die weich genug ist, um sich gegenüber dem Rotor als Dichtung einzuschleifen,. Obwohl von ähnlichem Aufbau wie ein Kolbenring, unterscheiden

709823/0280

sich die Dichtungsringe von letzteren dadurch, daß sie vordimonsioniert und vorgespannt sind, sodaß sie die Tondonz aufwoisen, sich elastisch zusammenzuziehen, wenn nie rund um don Ventilrotor 21 gelegt werden. Eine solche Vorspannung kann z.B. durch Kugelstrahlen des Außendurchmessers des Rings vor Einbringung des Spalts erreicht werden.. Diese Elastizität versucht den Spalt 32 zu schließen und zwingt den Dichtungsring zu einem engen Dichtungs— sitz rund um die Oberfläche des Rotors 21·.

Ein Teil des Rotors 21 wird in Figur 9 gezeigt. Auf einer Seite ist ein Steuerzahnrad 30 befestigt, mit dessen Hilfe der Antrieb des Rotors im zeitlichen Verhältnis zur Kurbelwelle des Motors durch eine (nicht gezeigte) Steuerkette erfolgt.. Der Rotor 21 hat vorzugsweise eine anschlagverchromte Oberfläche mit schraubenartiger Oberflächenstruktur, die unter Bezugszeichen 35 schematisch dargestellt wird. Die Strukturierung 35t äie in die Rotoroberfläche so flach eingebracht ist, daß sie mit nacktem Auge kaum zu sehen ist, erleichtert, wie oben besprochen, die Schmierung der Dichtungen_o. Eine solche Strukturierung kann dadurch bewirkt werden, daß der Rotor 21 bei der Endbearbeitung der Oberfläche einem schnellen Vorschub ausgesetzt wird, sodaß ein quadratischer Rauh-Tiefen-Mittelwert der Oberfläche von 0,3 bis 0,76 mm erzielt wird, mit Riffeln in einem Neigungswinkel von 30 bis 60° im Verhältnis zur Achse des Rotors 21.

Die Rotoröffnungen 23 und die Gehäuseöffnungen 18 und wurden hier für eine feste Ventileinstellung rechteckig dargestellt; die beschriebene Anordnung kann jedoch für eine regelbare Einstellung des Drehschxeberventils verwendet werden, und in diesem Fall wurden die öffnungen im Verhältnis zur Rotorachse in einem gewissen Winkel verlaufen.

70 9823/0280

Die Figuren 4- und 6 zeigen im Querschnitt und im zusammenftobnuton Zustand das Rotorgehäuse 17, ein Rotorlager 28, don Rotor 21, Dichtungsringe 31, öldichtungen 33 und Seitendichtungen 26. Es sind Rotoröffnungen 23 und krümmerseitige öffnungen des Gehäuses 18 gezeichnet, die entweder die Öffnungen der Einlaß- oder der Auspuff-Drehschieberventil-Anordnung 11 bzw. 12 darstellen. Wie Fig. 4 zeigt, liegen die vorstehenden Teile 36 des T-förmigen Weißmetall-Lager 28 direkt gegen das Rotorgehäuse 17 an, sodaß die Einstich··- 34- in den Lagern eine Ausparung von vorbestimmter Größe abgrenzen, in der die Dichtungsringe 31 und die öldichtungen 33 untergebracht sind. Die vorstehenden Teile 36 dienen somit zur Wahrung des Abstands zwischen dem Lager 28 und dem Gehäuse 17 und zum überspannen der zwischen den beiden gelagerten Dichtungsringe 31· Der Dichtungsring 3I kann sich dabei frei entlang der Achse des Rotors 21 innerhalb der Aussparung bewegen«. Drucköl gelangt zum Lager 28 durch Bohrungen 37 und 38 im Zylinderkopf 10 und im Lager selbst, sodaß ein ölfluß um die Innenfläche des Lagers 28 entsteht. Das öl tritt durch Bohrungen 39 und 41 im Lager und im Zylinderkopf aus dem Lager aus. Die öldichtungen 33, wie dargestellt, sind auf den der Gehäuseöffnung abgewandten Seiten der Dichtungsringe 31 untergebracht, um die elastischen Dichtungen 33 gegen Verbrennungsgase zu schützen. Folglich wird die Hauptmasse des durchströmenden Öls zwischen den Dichtungen 33 auf der Berührungsfläche zwischen Läger und Rotor zurückgehalten. Ein dünner Ölfilm dringt jedoch unter den öldichtungen 33 durch, um die Berührungsflächen zwischen dem Rotor und den Dichtungsringen 3I und den seitlichen Gasdichtungen 26 zu schmieren. Der Fluß dieses Ölfilms zur Schmierung dieser Dichtungsflächen wird durch die schraubenartige Oberflächenstruktur des Rotors 21 unterstützt, wie weiter oben beschrieben und in Figur 9 dargestellt. Die Strukturie— rung zwingt das öl in einer axialen Richtung, sodaß jede Dichtungsanordnung um eine Gehäuseöffnung herum von dem Lager

709823/0280

-15-

aus geschmiert wird, das in Strömungsrichtung des Öls oberhalb derselben liegt.

V/ie in Fi{% 6 gezeigt, weist der Querschnitt der federnden Öldichtung 33, die innerhalb einer Aussparung oder einer Schulter 40 des Dichtungsrings 31 untergebracht ist, eine etwas geschweifte Form auf. Beim Zusammenbau wird sie zwischen dem Gas-Dichtungsring 31 und dem Lager 28 zusammengedrückt, und da sie aus elastischem Polymer besteht, wird die Dichtung 33 beim Zusammendrücken gegen den Rotor 21 gequetscht, wobei sie einen gewissen Druck gegen die Rotorfläche ausübt. Die Dichtung 33 wird auch axial zusammengedrückt und übt dadurch eine axiale Kraft gegen das Lager 28 und den Dichtungsring 31 aus, die den Dichtungsring gegen die Stirnfläche des Gehäuses 17 drückt. Diese Kräfte und Drücke haben einen vorbestimmten Wert, der durch die ursprünglichen Abmessungen der öldichtung 33 und durch die Abmessungen des Einstichs 34 des Lagers sowie durch den Dichtungsring 31 festgelegt ist» Die genaue Einhaltung dieser Drücke ist z.B. deshalb wichtig, weil der Druck zwischen dem Gehäuse 1? und dem Dichtungsring 31 dafür verantwortlich ist, daß das radiale Austreten von Gas zwischen den Oberflächen verhindert wird. Dadurch werden die Gase z.B. daran gehindert, in einen Zwischenraum 42 einzudringen, rund um den Umfang eines Dichtungsrings 31 zum Spalt 32 des Dichtungsrings (siehe Fig. 2) zu gelangen, wodurch die Möglichkeit des Ausströmens von Gas aus der Anordnung erhöht würde. Dieser Abstand 42 ist vorgesehen, damit der Dichtungsring 31 sich zusammenziehen kann, um einen Druck auf den Rotor 21 auszuüben, ohne daß diese Berührung durch irgendwelche anderen Teile im Umkreis desselben beeinflußt wird . Folglich darf der Druck zwischen dem Dichtungsring 31 und dem Gehäuse 17 nicht so groß sein, daß er die Zusammenziehung des Dichtungsrings und den dadurch ausgeübten Druck hemmt.

709823/0280

Es muß nachdrücklich betont werden, daß die Einhaltung der Dichtheit zwischen den Dichtungsringen und dem Gehäuse sowie zwischen den öldichtungen 33 und der Rotoroberfläche die Lebensdauer und die einwandfreie Funktion der Dichtungsanordnung bestimmt. Es entsteht zerstörende Abnützung und Korrosion, wenn die durch ungeeignete Passung zwischen den Bauteilen verursachten Drücke nicht in geeigneter V/eise gesteuert werden, und die hier beschriebene Anordnung hat sich als fähig erwiesen, eine solche Steuerung durch die gegenseitige Lage der Bauteile und teilweise durch Beeinflussung der Abmessungen durch den Lagerflansch 36 und den Einstich 34- des T-förmigen Lagers 28 zu erzielen.. Durch das T-förmige Lager entfällt die Notwendigkeit einer feinfühligen Dichtigkeitseinstellung des Bauteilepakets einschließlich der Lager 28 und Gehäuse 17· Eine solche Einstellung wäre erforderlich, wenn man zum Einstellen des Abstands zwischen Lager und Gehäuse eine Schraubbefestigung verwenden würde. Frühere Konstruktionen, in denen Dichtungsringe auf andere Art montiert wurden, besaßen keine ausdauernde Lebensdauer und Zuverlässigkeit.

Wie in Fig. 6 gezeigt, besteht die Kontaktfläche der Dichtungsringe 31 mit dem Rotor vorzugsweise aus einer Reihe von schmalen Kontaktringen 43, um einen linsenförmigen Kontakt herzustellen, und eine bessere Dichtung und sicherere Unterbindung einer axialen Gasströmung zu gewährleisten. Die : linsenförmigen Kontaktringe43 legen sich besser gegen den Rotor an, als dies bei einer einzigen breiteren Berührungsfläche der Fall wäre.

Die Figuren 5 und 7 zeigen die Anordnungen der Figuren 4· und 6, Jedoch mit einer anderen Lagertype 28¹'. Das Lager 2ö^r ist porös, um eine Sättigung mit öl durch das Lager und zur inneren Lagerfläche zu gestatten» Diese Lagertype

709823/0280

kann aus Sintermetall oder anderen bekannten porösen Lagermaterialien bestehen. Mit dem porösen Lager 28' ist weder eine Ölbohrung durch das Lager erforderlich, um die Bohrung 37 mit der Rotorfläche zu verbinden, noch eine Austrittsöffnung zum Abführen des strömenden Schmieröls. Statt dessen kann das öl, das durch die Bohrung 37 im Zylinderkopf eintritt, unter leichtem Druck stehen, oder es kann die Kapillarität ausgenützt werden, sodaß eine laufende Ölversorgung der Kontaktfläche zwischen Lager und Rotor durch die Sättigung des porösen Lagers 28' gegeben ist. Im Lager 28' kann eine kreisförmige Rille 44 vorgesehen werden, um öl an alle Stellen im Umkreis des Lagers zu bringen. Bei dieser Ausführungsform, die auf Grund ihrer Einfachheit bevorzugt wird, können die öldichtungen 33 in den Figuren 2, 4- und 6 weggelassen werden, da zwischen Lager und Rotor nur ein dünner Ölfilm anstatt eines Drucköl-Stroms vorhanden ist. Da es jedoch weiterhin wünschenswert ist, eine Vorspannungskraft aufzuwenden, um die Dichtungsringe 31 gegen das Gehäuse 17 zu drücken, ist bei jedem Dichtungsring 31 in dessen Aussparung 4-0 'ein Vorspannungselement wie z.B. ein wellenförmiger Federring 4-6 vorgesehen, der eine abstoßende Kraft zwischen Dichtung und Lager ausübt. Ein Dichtungsring 33 aus elastischen Polymer könnte wie bei der anderen Ausführugsform verwendet werden, doch ist dies unnötig, da das Lager 28' nicht mit Drucköl geschmiert wird. Ein axiales Abwandern des Ölfilms wird durch die schraubenförmige Oberflächenstruktur des Rotors erreicht,(siehe Figur 9) in der gleichen Weise wie weiter oben besprochen«

Das Lager 28' in den Figuren 5 und 7 kann in jeder Drehstellung montiert werden, da es voll symetrisch ist. Desgleichen kann das Lager 28 in den Figuren 4· und 6 unabhängig · von der Drehs'tel'iung gemacht werden, indem eine kreisförmige (nicht gezeigte) Rille ähnlich der Rille 44 des Lagers 28' angebracht wird.

70 9823/0280

2651888

Die Explosionsdarstellung in Fig. 8, die das Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 7 darstellt, zeigt die Art des Zusammenbaus der Drehschieberventil-Gehäuse, Dichtungen und Lager. Das Gehäuse 17 enthält an beiden Stirnseiten eine Posi-cionierhilfe wie z.B. den Stift 47, der genau in gebogene oder TJ-förmige Rillen 48 im anliegenden Dichtungsring 31 paßt. Wie gezeigt, wird die gebogene Rille 4-8 am besten am Spalt 32 des Dichtungsrings 31 angebracht. Dadurch wird sichergestellt, daß beim Zusammenbau der Spalt 32 außerhalb des Bereichs gelegt wird, der zwischen den beiden Aussparungen 27 für die Seitendichtungen zu beiden Seiten der verbrennungsseitigen Öffnung 19 des Gehäuses liegt, sodaß keine komprimierten Gase durch den Spalt entweichen können. Der Stift 47 verhindert auch die Drehung des Dichtungsringes 31 während des Betriebs. Wie weiter oben dargelegt, sind die Dichtungsringe 31 nach dem Zusammenbau völlig innerhalb des Einstichs 3^ i^ Lager untergebracht. Der Stift 47 übt keinerlei störenden Einfluß auf den Lagerflansch 36 aus, da er in erster Linie in die Rille 48 und teilweise in den Zwischenraum 42 (siehe Fig. 7) zwischen dem Dichtungsring 31 und dem Lagerflansch 36 eingreift.

Auf der linken Seite des linken Dichtungsrings 31 in Fig. würde ein weiteres Rotorgehäuse 17 angebaut, mit einem Positionierstift, der in die gebogene Rille 48 des Dichtungsrings 31 im Lager 28' paßt. Auf diese Weise werden in einer Reihe von zusammengebauten Gehäusen, Dichtungsringen und Lagern sämtliche Bauteile in der geeigneten Stellung in Drehrichtung zueinander festgehalten.

Wie weiterhin in Fig. 8 gezeigt wird, ist eine Positionierhilfe für die geeignete Orientierung des Gehäuses 17 selbst in Drehrichtung innerhalb des Zylinderkopfs 1o des Motors vorgesehen, z. B. eine Nut 51, die im allgemeinen

709823/0280

_ in

tangential zur Außenfläche des Gehäuses an dem Ende des Gehäuses 17 verläuft, das der krümmerseitigen öffnung 18 am nächsten liegt, um den in Fig. 1 sichtbaren Haltebolzen 52.aufzunehmen. Im Zylinderkopf sind entsprechende Teile wie der Bolzen 52, vorzugsweise für jedes Rotorgehäuse 17» vorgesehen, die durch den Zylinderkopf 10 auf der Krümmerseite jeder Drehschieberventil-Anordnung 11 und 12 tangential zu den Gehäusen 17 verlaufen und in die Nuten 51 in den Gehäuseflächen eingreifen. Der Zylinderkopf 10 kann auf jeder Seite mit einem Spalt 53 (Fig. 1) quer zu den Bolzen 52 über die gesamte Länge der Zylinderreihe versehen werden, sodaß beim Anziehen der Bolzen der Spalt zusammengezogen wird und somit den Zylinderkopf über das Gehäuse 17 spannt. Ein solcher Spalt 53 kann zwischen den Zylindern mit kompressiblem (nicht gezeigtem) Dichtungsmaterial ausgefüllt werden, um eine Querströmung der Krümmergase zu verhindern, obgleich die Verhinderung eines Querstroms in diesem Bereich nicht kritisch ist.

709823/0280

ZO

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Dichtungs- und Lageranordnung für ein Drehschieberventil eines Verbrennungsmotors mit einem zylindrischen Ventilkörper, der wenigstens einen diametral verlaufenden Durchbruch für die Verbindung einer Brennkammer des Motors mit einem Krümmer desselben herstellt, und mit Dichtungskörpern, die eine mit der Brennkammer in Verbindung stehende öffnung umgeben und die abdichtend gegen den Ventilkörper anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Ventilgehäuse enthält, das mit einer axialen öffnung versehen ist, durch die der Ventilkörper mit Spiel verläuft und der Durchbrüche für die Verbindung mit der Brennkammer und dem entsprechenden Krümmer besitzt, eine Lageranordnung an jedem axialen Ende des Gehäuses, wobei diese Lageranordnungen dsnVentilkörper so unterstützen, daß er sich um seine Längsachse drehen kann und daß der diametral verlaufende Durchbruch zwischen den beiden Lageranordnungen zu liegen kommt, und radiale Dichtungsglieder, die so angebracht sind, daß sie eine beschränkte axiale und radiale Bewegung der axialen Enden des Gehäuses zulassen, wobei jedes dieser Dichtungsglieder elastisch dehnbar ist und mit Druckkraft gegen den Ventilkörper anliegt.

2.. Dichtungs- und Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durchbrochene Ventilgehäuse axial verlaufende Dichtungsglieder enthält (die als solche bekannt sind), die sich über die Länge des Gehäuses erstrecken, und die mit ihren jeweiligen Enden gegen die anliegenden Flächen der entsprechenden radialen Dichtungsglieder auflaufen.

709823/0280

-3-

2851886

5.. Dichtungs- und Lageranordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Dichtungsglieder in Stirnsenkungen der ent— {ipt'oohondon Loßor untergebracht sind und darin durch eine radiale Fläche des anliegenden Endes des Ventilgehäuses festgehalten werden.

4«. Dichtungs— und Lageranordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Dichtungsglieder öldichtungen enthalten, die Schmieröl innerhalb der Lager zurückhalten..

5.- Dichtungs- und Lageranordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Dichtungsglieder mit elastischer Spannung gegen eine anliegende Endfläche des Ventil— gehäuses gedruckt werden.

6.. Dichtungs- und Lageranordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Dichtungsglieder mit je einer axialen Fläche gegen den Ventilkörper anliegen, wobei diese axiale Fläche durch eine Reihe von Ringen mit axialem Abstand voneinander besteht, die Jeweils gegen den Ventilkörper anliegen.

7» Dichtungs- und Lageranordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Dichtungsglieder die Form von Spaltringen haben, deren Innendurchmesser im kräftefreien Zustand kleiner als der Außendurchmesser des Ventilkörpers ist.

709823/0280

8, Dichtungs- und Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Glied enthält, das vom Lager aus axial verläuft, ein radial verlaufendes Dichtungsglied, sowie das Ventilgehäuse, das eine Verdrehung dieser beiden Glieder gegeneinander verhindert.

9. Dichtungs- und Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Glied enthält, das in das Ventilgehäuse eingreift und eine Verdrehung oder axiale Bewegung des Ventilgehäuses gegenüber einem Zylinderkopf des Motors verhindert.

10. Dichtungs- und Lageranordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper eine Zahl von diametral verlaufenden Durchbrochen besitzt, daß Lager und radial verlaufende Dichtungen an den gegenüberliegenden axialen Seiten jedes dieser Durchbrüche untergebracht sind, und daß ein Ventilgehäuse zwischen jedem benachbarten Lagerpaar verläuft.

709823/0280