SEALING ARRANGEMENT

Abstract: 1. A sealing arrangement for a rotary valve member (12; 13) arranged within the combustion chamber of an internal combustion engine, the rotary valve member (12; 13) provided for opening and closing inlet and outlet openings of gas channels (22; 24) provided in the cylinder head (10; 11) for the gas change, comprising a cylindrical sealing body (28; 29; 29') rotatably arranged about its axis and mounted for axial displacement in each one of the gas channels (22; 24) of the cylinder head (10; 11), the sealing body (28; 29; 29') provided with a surface (54) averted from the rotary valve member (12; 13), an annular gap (52) formed between said averted surface and an adjacent surface (56) of the cylinder, the annular gap (52) being in permanent communication with the combustion chamber (26), whereby the combustion chamber gas pressure acting on the surface (54) of the sealing body (28; 29; 29') averted from the rotary valve member (12; 13) urges the sealing body (28; 29; 29') against the rotary valve member (10; 11) with a resultant force, characterized in that the sealing body (28; 29; 29') contacts the rotary valve member (12; 13) at the rotary valve member surface averted from the combustion chamber (26) and that the annular gap (52) communicates with the combustion chamber (26) via a channel (50) situated outside of the outer periphery of the sealing body (28; 29; 29').

Description: Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für einen im Brennraum einer Brennkraftmaschine angeordneten Drehschieber, der Ein- und Auslassöffnungen von Gaskanälen im Zylinderkopf für den Gaswechsel auf-und zusteuert, mit je einem in den Gaskanälen des Zylinderkopfes axial verschiebbar angeordneten zylindrischen Dichtkörper, der mit einer, zum Brennraum hinweisenden Kraft in Anlage am Drehschieber gehalten ist. Aus der US-A 2 283 594 ist eine derartige Dichtungsanordnung bekannt, bei der der Dichtkörper durch eine Schraubenfeder an den konisch ausgebildeten Drehschieber gedrückt wird. Die Feder muss entsprechend dem kurzzeitigen maximalen Gasdruck relativ stark ausgelegt sein und ist somit für den grössten Teil des Arbeitstaktes überdimensioniert. Aufgrund der starken Anpresskraft erfolgt eine allmähliche Riefenbildung, weswegen eine dauerhafte Abdichtung nicht möglich ist. Weiterhin ist ein absolut gleichmässiges Anliegen des lediglich axial beweglichen Dichtkörpers am ganzen Umfang des Dichtrandes wegen der Wärmeschwankungen nicht erzielbar. Aus der DE-A 758 968 ist es bekannt, den Dichtkörper an der Innenfläche eines etwa hohlkugelförmigen Drehschiebers durch den Gasdruck im Brennraum in Anlage zu halten. Der ringförmige Dichtkörper wird dauernd um seine Achse gedreht, worin ein Vorteil gegenüber einem stillstehenden Dichtring zu sehen ist, jedoch wird der im Brennraum liegende, vom Gasdruck in Auswärtsrichtung beaufschlagte Dichtkörper vom Brenngas umspült und kann wegen Wärmeverzug und ölkohlebildung nicht dauerhaft abdichten. Die DE-A 904 959 zeigt einen kugelförmigen Drehschieber, bei dem der Dichtkörper im Gaskanal des Drehschiebers drehbar eingesetzt ist. Der Dichtkörper wird durch den Gasdruck nach aussen gegen die Innenfläche des Zylinderkopfes gedrückt. Die vorbeschriebenen Nachteile treten bei dieser Anordnung verstärkt auf. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung für Drehschieber zu schaffen, bei der die Dichtkörper vor und heissen Brenngasen geschützt sind eine dauerhafte, betriebssichere Abdichtung gewährleisten. Die Erfindung besteht bei einer Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art darin, dass die dem Dichtkörper zugewandte Dichtfläche des Drehschiebers,wie an sich bekannt, kugelförmig oder eben ausgebildet ist, der Dichtkörper in an sich bekannter Weise um seine Achse drehbar ist und dass eine vom Drehschieber und dem- Brennraum abgekehrte Fläche des Dichtkörpers zusammen mit einer davon im Abstand liegenden Fläche des Zylinderkopfes einen Luftspalt begrenzt, der mit dem Brennraum in dauernder Verbindung steht und dass diese Fläche des Dichtkörpers so bemessen ist, dass ir auf den Dichtkörper wirkende Brennraum-Gasdruck den Dichtkörper mit einer resultierenden Kraft gegen den Drehschieber drückt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass im Zylinderkopf eine relativ schwache mechanische Feder angeordnet ist, die den Dichtkörper gegen den Drehschieber drückt. Dadurch wird auch bei fehlendem Gasdruck die Anlage des Dichtkörpers am Drehschieber sichergestellt. Die Dichtkörper liegen ausserhalb des Brennraumes und sind daher gegenüber dem Brenngas geschützt. Für die Auslass öffnungen ist gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Dichtkörper in einer nur zum Brennraum hin offenen ringförmigen Aussparung des Zylinderkopfes angeordnet ist. Dadurch wird ein zusätzlicher Schutz des Dichtkörpers erreicht. Wesentlich ist, dass der Dichtkörper ausserhalb des Brennraumes im Zylinder gelagert ist, dass er durch die Rotation des Drehschiebers um seine eigene Achse gedreht wird und dass er von seiner Rückseite her vom Gasdruck beaufschlag und somit gasdruckabhängig in Anlage am Drehschieber gehalten wird. Diese Dichtungsanordnung ist allen bekannten Ausführungen hinsichtlich Dichtungswirkung und Lebensdauer überlegen. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kommuni Ziel't der Luftspalt mit dem Brennraum über einen Umfangsspalt zwischen dem äusseren Umfang des Dichtkörpers und dem Zylinderkopf. Für die Realisierung der durckbeaufschlagten Fläche an der vom Brennraum abgekehrten Fläche des Dichtkörpers bietet die Erfindung verschiedene Möglichkeiten. Eine besteht darin, dass der Dichtkörper einen am Drehschieber anliegenden Aussenbund aufweist, dessen Aussendurchmesser grösser als der Innendurchmesser des den Dichtkörper aufnehmenden Abschnittes des Gaskanals ist. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, dass der Dichtkörper an seiner dem Drehschieber abgekehrten Fläche eine Ringnut aufweist, in einer gegenüberliegenden Fläche des ZylinderkopEes eine entsprechende Ringnut ausgebildet ist und dass mindestens ein bandförmiger Abdichtungsring mit seinen beiden gegenüberliegenden stirnseitigen Enden in diese Ringnuten eingreift. Eine zweite Alternative besteht darin1 dass der Dichtkörper in einer nur zum Brennraum hin offenen, ringförmigen Aussparung des Zylinderkopfes angeordnet ist und dass in der, die ringförmige Aussparung besgrenzenden, dem Gaskanal zugewandten Umfangswand des Zylinderkopfes mindestens eine zur ringförmigen Aussparung hin offene Umfangsnut vorgesehen ist, in der ein, an der inneren Umfangsfläche des Dichtkörpers anliegender Dichtring gelagert ist. Anhand der Zeichnung sei die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine Schnittansicht des Dichtkörpers in grösserem Massstab, Fig. 4 eine Längsschnittansicht durch einen Zylinderkopf mit ebenem Drehschieber, Fig. 5 eine Schnittansicht durch den Dichtkörper ähnlich Fig. 3, jedoch für den Drehschieber gemäss Fig. 4, Fig. 6 eine Schnittansicht eines abgewandelten Dicht körpers und Fig. 7 eine Schnittansicht eines weiter abgewandelten Dichtkörpers. Im Zylinderkopf 10 ist ein kugelförmiger Drehschieber 12 koaxial zur Zylinderachse drehbar gelagert und wird von der nicht dargestellten Kurbelwelle über eine Verbindungswelle 14 und zwei Zahnräder 16, 18 angetrieben. Der Drehschieber 12 weist einen Gaskanal 20 auf, der nacheinander den Einlasskanal 22 und den Auslasskanal 24 öffnet und schliesst. Der Brennraum ist mit 26 bezeichnet. Im Bereich der brennraumseitigen Öffnungen der Gaskanäle 22, 24 sind jeweils ringförmige Dichtkörper 28 um die Gaskanal achsen 30 drehbar gelagert. Jeder Dichtkörper hat eine zylindrische Wand 32 und eine stirnseitige Dichtfläche 34, die entsprechend der Aussenfläche des Drehschiebers 12 als Kugelkalotten-Ringfläche ausgebildet ist. Der Gaskanal 22 hat einen erweiterten Abschnitt 36, in dem die Umfangswand 32 mit Axialspiel und geringem Radialspiel aufgenommen ist. Äussere Ringnuten 38 in der Umfangswand 32 des Dichtkörpers 28 nehmen Dichtringe 40 auf, die den Gaskanal 22 gegenüber dem Brennraum abdichten. Stirnseitig weist die Umfangswand 32 des Dichtkörpers 28 einen Aussenbund 42 auf, dessen Aussendurchmesser grösser als der Innendurchmesser des Abschnittes 36 des Gaskanals 22 ist. Der Aussenbund 42 liegt stirnseitig ganzflächig am Drehschieber 12 an und wird mittels einer sehr weichen Feder 44 auch bei fehlendem Gasdruck anliegend gehalten. Die Feder 44 ist in einer Ringnut 46 im Zylinderkopf 10 untergebracht, stützt sich am Nutboden ab und drückt auf die rückwärtige Stirnfläche der Umfangswand 32 des Dichtkörpers 28. Der Bohrungsabschnitt 36 des Kanals 22 ist im Bereich der Auslassöffnung bei 48 verbreitert, um den Aussenbund 42 des Dichtkörpers 28 mit Radialspiel aufzunehmen. Zwischen der inneren Umfangsfläche des Bereiches 48 und der äusseren Umfangsfläche des Bundes 42 wird ein Umfangsspalt 50 gebildet, der ständig mit dem Brennraum 26 kommuniziert. Dieser Um Umfangsspalt 50 steht weiterhin mit einem radialen Luftspalt 52 in Verbindung, der zwischen einer dem Drehschieber 12 und dem Brennraum 26 abgekehrten rückwärtigen Fläche 54 des Bundes 42 des Dichtkörpers 28 und der gegenüberliegenden Fläche 56 des Zylinderkopfes 10 gebildet ist. Die rückwärtige Fläche 54 wird somit vom Gasdruck im Brennraum 26 beaufschlagt. Es ergibt sich eine resultierende Kraft, mit der der Dichtkörper 28 gegen dem Drehschieber 12 gedrückt wird, der gleich ist dem Produkt aus dem jeweiligen Gasdruck und einer Ringfläche, deren Aussendurchmesser gleich dem des Bundes 42 und deren Innendurchmesser gleich dem des Gaskanalabschnittes 36 ist. Figur 4 zeigt einen Zylinderkopf 11, in dem ein Drehschieber 13 gelagert ist, der anstelle einer kugelförmigen eine ebene Dichtfläche aufweist. Die Gaskanäle 22 münden im Zylinderkopf achsparallel zur Zylinderachse. Der zugehörige Dichtkörper 28 gemäss Figur 5 im Einlass kanal 22 und im nicht dargestellten Auslasskanal unterscheidet sich von dem jenigen gemäB Figur 3 lediglich dadurch, dass die Dichtfläche 35 eben ausgebildet ist. Figur 6 zeigt einen Dichtkörper 29 ohne Aussenbund 42. Er besteht aus einem kreiszylindrischen Hohlkörper, der in einem, im Durchmesser vergrösserten zylindrischen Abschnitt 37 des Gaskanals 22 drehbar und axial verschiebbar eingesetzt ist. In der vom Drehkörper abgewandten rückwärtigen Stirnfläche 54 des Dichtkörpers 29 ist eine Ringnut 58 ausgebildet, der eine, in der gegenüber l enden Fläche 56 des Zylinderkopfes 11 entsprechen d 2 nut 60 gegenüberliegt. Ein zylindrischer Dichtring in Form eines bandförmigen Steges 61 greift mit seinen beiden gegenüberliegenden stirnseitigen Enden jeweils in die Ringnuten 58, 60 ein, Die sich aussen an den Dichtring 61 anschliessende rückwärtige Stirnfläche 54 des Dichtkörpers 29 bildet die gasdruck-beaufschlagte wirksame Fläche zum Andrücken des Dichtkörpers an den Drehschieber. Der Dichtkörper 29 hat einen geringen Radialabstand vom Kanalabschnitt 37 des Zylinderkopfes 11, wodurch der Umfangsspalt 50 gebildet wird, der den Brennraum mit dem Luftspalt 52 verbindet. Gemäss Figur 7 hat der Zylinderkopf 11 eine den Gaskanal 22 umgebende ringförmige Aussparung 62, die lediglich zum Brennraum hin offen ist. In dieser Aussparung 62 ist ein Dichtkörper 29' wiederum drehbar mit Axialspiel aufgenommen. Die axiale Länge des Dichtkörpers 29' ist etwas kleiner als die Länge der ringfömrigen Aussparung 62.. Der gasdruck-beaufschlagte Luftspalt 52 ist über die gesamte, dem Drehschieber abgewandte rückwärte Stirnfläche des Dichtkörpers 29' wirksam. Der Dichtkörper 29' ist von einer, dem Gaskanal 22 zugewandten Umfangswand 64 geschützt. Diese Ausführung ist insbesondere für den Auslasskanal vorteilhaft. In der Umfangswand 64 sind zwei, zur ringförmigen Aussparung 62 hin offene Umfangsnuten 66 vorgesehen, in denen Dichtungsringe 40 angeordnet sind, die an der Innenfläche des Dichtkörpers 29' anliegen. Zwischen der Aussenfläche des Dichtkörpers 29' und der benachbarten äusseren Umfangsfläche der ringförmigen Aussparung 62 wird wiederum ein Umfangsspalt gebildet, der den Luftspalt 52 mit dem Gasdruck des Brennraumes 26 speist. Es versteht sich, dass die Ausführungen gemäss Figuren 6 und 7 auch in Verbindung mit dem kugelförmigen Drehschieber 12 gemäss Figur 1 verwendet werden können.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Dichtungsanordnung für einen im Brennraum einer Brenn kraftmaschine angeordneten Drehschieber (12;13), der Ein- und AuslaBöffnungen von Gaskanälen (22;24) im Zylinderkopf (10; 11) für den Gaswechsel auf-und zu steuert, mit je einem in den Gaskanälen (22; 24) des Zylinderkopfes (10; 11) axial verschiebbar angeordneten zylindrischen Dichtkörper (28; 29; 29'), der mit einer, zum Brennraum (26) hinweisenden Kraft in Anlage am Dreh schieber (12; 13) gehalten ist, dadurch gekennzeich net, dass die dem Dichtkörper (28; 29; 29') zuge wandte Dichtfläche des Drehschiebers (12; 13) wie an sich bekannt kugelförmig oder eben ausgebildet ist, der Dichtkörper (28; 29; 29') in an sich bekannter Weise um seine Achse (30) drehbar ist und daB eine vom Drehschieber (12;13) und dem Brennraum (26) abge kehrte Fläche (54) des Dichtkörpers (28; 29; 29') zu sammen mit einer davon im Abstand liegenden Fläche (56) des Zylinderkopfes (10; 11) einen Luftspalt (52) be grenzt, der mit dem Brennraum (26) in dauernder Ver bindung steht und dass diese Fläche (54) des Dichtkör pers (28; 29; 29') so bemessen ist, dass der auf den Dichtkörper (28; 29; 29') wirkende Brennraum-Gasdruck den Dichtkörper (28; 29; 29') mit einer resultierenden Kraft gegen den Drehschieber (12; 13) drückt. 2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass im Zylinderkopf (10; 11) eine relativ schwache mechanische Feder (44) angeordnet ist, die den Dichtkörper (28; 29; 29') gegen den Drehschieber (12; 13) drückt. 3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Dichtkörper (29') in einer nur zum Brennraum (26) hin offenen ringförmigen Aussparung (62) des Zylinderkopfes (11) angeordnet ist. 4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, da durch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (52) mit dem Brennraum (26) über einen Umfangsspalt (50) zwischen dem äusseren Umfang des Dichtkörpers (28; 29; 29') und dem Zylinderkopf (10; 11) kommuniziert. 5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, da durch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (28) einen am Drehschieber (12; 13) anliegenden Aussenbund (42) aufweist, dessen Aussendurchmesser grösser als der Innen durchmesser des den Dichtkörper (28) aufnehmenden Ab schnittes (36) des Gaskanals (22; 24) ist. 6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, da durch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (29) an sei ner dem Drehschieber (12; 13) abgekehrten Fläche (54) eine Ringnut (58) aufweist, in einer gegenüberliegen den Fläche (56) des Zylinderkopfes (10; 11) eine ent sprechende Ringnut (60) ausgebildet ist, und dass min destens ein bandförmiger Abdichtungsring (61) mit sei nen beiden gegenüberliegenden stirnseitigen Enden in diese Ringnuten (58, 60) eingreift. 7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, dass in der, die ringförmige Aussparung (62) begrenzenden,den Gaskanal (22; 24) zugewandten Umfangswand (64) des Zylinderkopfes (10; 11) min destens eine, zur ringförmigen Aussparung (62) hin offene Umfangsnut (66) vorgesehen ist, in der ein, an der inneren Umfangsfläche des Dichtkörpers (29') an liegender Dichtring (40) aufgenommen ist.

Inventors: GEISSLER, ALFRED
Applicants: GEISSLER, ALFRED
Application year: 1984
Main classification: F01L7
IPC codes: F01L7