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Nockensteuerung für Viertakt-Brennkraftmaschinen
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Die Fig. 2,4 und 6 zeigen entsprechend den Ventilerhebungskurven nach den Fig. 1, 3 und 5 den
Verlauf der Öffnungsquerschnitte der Ein- und Auslassventile während der Spülperioden in den Zylindern für die in die Zylinder gehende Spülluft, ebenfalls in Funktion der Kurbelwinkel, der betreffenden Ma- schinen.
Die Fig. 7 und 8 stellen hingegen je einen Vertikalschnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftma- schine gemäss dem Erfindungsgegenstand und gemäss den beispielsweisen Ventilerhebungskurven und den Öffnungsquerschnitten der Ein-bzw. Auslassventile während der Spulperioden entsprechend den Fig. 1 und
2 bzw. 5 und 6 dar.
In Fig. 1 ist a (ausgezogene Linie) die Ventilerhebungskurve des Auslassventiles. Gemäss dieser Kurve öffnet das Auslassventil jedes Zylinders 30 vor dem unteren Totpunkt (UTP) und es hat seine maximale Öffnung ungefähr in der Mitte des Auslasshubes zwischen UTP und oberem Totpunkt (OTP) der Kolben.
Diese Öffnung sinkt dann in der Nähe des oder nach dem OTP auf einen kleineren Wert. Der Abschluss des
Auslassventiles auf dem geöffneten Einlassventil gemäss Ventilerhebungskurve b (gestrichelte Linie) erfolgt gemäss der Erfindung erst dann, wenn die Hübe beider Ventile in bezug auf die geschlossenen Stellungen beider Ventile sich annähernd asymptotisch aneinander angeglichen haben, d. h. nach Fig. 1 bei 300 nach dem OTP. Im Falle von Fig. 1 nimmt der Hub des Auslassventiles zu diesem Zweck gegen den Abschluss dieses Ventiles auf dem Einlassventil hin sogar zu.
Durch die annähernd asymptotische Angleichung der
Hübe beider Ventile beim Schliessvorgang des Auslassventiles wird ein sanftes Aufsetzen des Auslassventiles auf dem dann noch geöffneten Einlassventil erreicht, um auch bei Maschinen dieser Gattung keine zu grossen Kräfte auf die Steuervorrichtungen der Ventile zu erhalten. Hat das Auslassventil auf dem noch ge- öffneten Einlassventil geschlossen, so ist der Steuernocken für das Auslassventil dann weiter so ausgebildet, dass das letztere während des weiteren Einlasshubes durch die Wirkung der Auslassventilfeder stets auf dem Einlassventil geschlossen bleibtd. h. die dem Auslassnocken entsprechende Hubkurve a verläuft dann stets niedriger als die Hubkurve b des Einlassventiles bis über den Zeitpunkt hinaus, wo dann das letztere ebenfalls schliesst, was entsprechend Fig. 1 beispielsweise 300 nach UTP stattfindet.
Der grösste Hub a des Auslassventiles kann, wie in Fig. 1 dargestellt ist, kleiner sein als der grösste Hub b des Einlassventiles, damit ein fester Sitz des Auslassventiltellers auf dem Einlassventil entsteht. Beide Hübe können aber auch gleichgross gewählt werden.
Fig. 2 zeigt den jeweiligen minimalen Öffnungsquerschnitt c bzw. d des Ein- bzw. Auslassventiles während der Spülperiode, die hier, wie auch aus Fig. 1 hervorgeht, von 400 vor OTP bis 300 nach OTP dauert. Der minimale Öffnungsquerschnitt, Kurve c, wird zuerst von 400 vor OTP bis vor dem OTP durch das Einlassventil hergestellt und nach diesem Zeitpunkt, entsprechend der Kurve d, durch das auf dem Einlassventil sich schliessende Auslassventil. Dieses sitzt, wie bereits gesagt, bei 300 nach OTP auf dem Einlassventil auf.
Dabei ist die Ausführung der Steuervorrichtung und der Steuernocken des weiteren so getroffen, dass das Auslassventil nach seinem Aufsitzen und Abschliessen auf dem Einlassventil während der folgenden Einlass-, Verdichtungs-, Verbrennungs- und Expansionsperioden des betreffenden Zylinders bis zu seiner nächsten Öffnung 300 vor UTP durch die Wirkung der Auslassventilfeder geschlossen bleibt.
Fig. 3 stellt, analog wie in Fig. 1, die Ventilerhebungskurven des Aus- und Einlassventiles einer Brennkraftmaschine nach dem Erfindungsgegenstand dar, bei welcher die Steuerzeiten dieser Ventile gegenüber denjenigen in Fig. 1 dargestellten geändert sind. a' (ausgezogene Linie) ist die Ventilerhebungskurve des Auslassventiles und b' (gestrichelte Linie) diejenige des Einlassventiles. Das Auslassventil öffnet 500 vor UTP und schliesst bei 60 nach OTP auf dem bereits geöffneten Einlassventil. Der höchste Hub des Auslassventiles ist in diesem Fall aber grösser als derjenige des Einlassventiles. Vor dem Schliessen des Aus- iassventiles auf dem Einlassventil nimmt der Hub des ersteren Ventiles wieder ab, um dann wieder gegen den Schliesspunkt des Auslassventiles auf dem Einlassventil anzusteigen.
Die Hübe a'und b'beider Ventile nähern sich ebenfalls mindestens annähernd asymptotisch aneinander, wenn das Auslassventil auf dem Einlassventil 600 nach OTP schliesst. Ferner steigt die Hubkurve b'des Einlassventiles im Schliesspunkt des Auslassventiles auf dem Einlassventil nur noch langsam, so dass sich das Auslassventil auf dem sich nur noch langsam öffnenden Einlassventil, also nicht plötzlich, absetzt. Es ergeben sich dadurch auch kleinere Steuerkräfte, insbesondere auf die Steuervorrichtung des Einlassventiles. Nach dem Schliessen des Auslass-
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Einlassventiles, umtil durch die Feder des ersteren bis zu seiner nächsten Öffnung nach der Einlass-, Verdichtung-, Verbrennungs-und Expansionsperiode zu gewährleisten.
Fig. 4 zeigt, ebenfalls in Funktion des Kurbelwinkels, die minimalen Öffnungsquerschnitte des Einund Auslassventiles während der Spülperiode, die von 600 vor bis 600 nach OTP sich erstreckt. c'ist nun
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der durch das Einlassventil bedingte kleinste Öffnungsquerschnitt, der bis nach dem OTP reicht. d'ist der durch das Auslassventil bedingte kleinste Öffnungsquerschnitt während der Spülperiode.
In Fig. 5 sind die Ventilerhebungskurven des Auslassventiles a" (ausgezogene Linie) und des Einlassventiles b" (gestrichelte Linie) dargestellt, wenn das Auslassventil 650 vor UTP öffnet und 800 nach OTP schliesst, während das Einlassventil 800 vor OTP öffnet und 350 nach UTP schliesst. Die Hubkurve a" des
Auslassventiles verläuft in der Nähe seines Schliesspunktes auf der Hubkurve b"des Einlassventiles wieder annähernd asymptotisch. Das Schliessen des Auslassventiles auf dem Einlassventil erfolgt aber erst dann, wenn das Einlassventil seinen höchsten Hub erreicht hat und deshalb sich nicht mehr in Bewegung befindet.
Die absolute Auftreffgeschwindigkeit des Auslassventiles auf dem Einlassventil ist deshalb noch kleiner, als entsprechend der Arbeitsweise nach den Fig. 1 und 3.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel ist ein anderer, mehr unregelmässiger Verlauf der Ventiler- hebungskurve a"des Auslassventiles als wie in den Fig. l und 3 angenommen. Das Auslassventil wird vor- erst nur teilweise geöffnet und seine Öffnung dann aber, namentlich während der Spülperiode der Maschine, über den Hub b"des Einlassventiles hinaus vergrössert. Mit dem über den Einlasshub b"hinausgehenden Hub a" des Auslassventiles können ein sehr allmähliches Schliessen des Auslassventiles auf dem Einlassventil und damit kleine Schliesskräfte auf die Steuervorrichtung des letzteren erzielt werden.
Es kann auch durch die Ventilhubkurven a"des Auslassventiles nach Fig. 5 die Anbringung von Einbuchtungen an den Ventilnocken, wie dies in der Nähe des Schliesspunktes dieses Ventiles in den Fig. 1 und 3 vorgeschlagen wurde, vermieden werden.
In Fig. 6 sind, ähnlich wie in Fig. 2 und 4, die minimalen Ventileinlassquerschnitte während der Spülperiode, aber von 800 vor bis 800 nach OTP, dargestellt. ce ist der massgebende Öffnungsquerschnitt des Einlassventiles und d"derjenige zwischen dem Auslass- und dem Einlassventil. Entsprechend der An- setzung der Spülperioden nach Fig. 2, 4 oder 6 kann ein kleinerer oder grösserer minimaler Spülquerschnitt durch die Ventile erreicht werden. Durch die besondere Ausbildung der Hubkurven a, b bzw. a', b'bzw. a", b"kann natürlich der Verlauf der Spülquerschnitte c, d bzw. c', d'bzw. c", d" geándert und auch sein Maximum an eine andere Lage der Kurbelwelle der Maschine versetzt werden.
In Fig. 7 stellt 1 den Zylinderblock, l'eine Zylinderbuchse, 2 die Kurbelwelle, 3 die Schubstange, 4 aen Kolben und 6 einen Zylinderabschluss dar. In letzterem ist das Einlassventil 7 und das hiezu konzentrische und darin bewegte Auslassventil 8 angeordnet. Das Einlassventil 7 wird durch seinen auf der Steuerwelle 3 sitzenden Steuernocken 9 mittels der Stange 10, des Hebels 11, des Federtellers 12 geöffnet und durch die Spiralfeder 13 im geeigneten Zeitpunkt wieder geschlossen. Das Auslassventil 8 hingegen wird durch den auf der Steuerwelle 5 sitzenden Nocken 14, das Gestänge 15, den Hebel 16 geöffnet und durch die doppelseitige Haarnadelfeder 17 unter Vermittlung des Gabelhebels 18 auf dem Einlassventil 7 geschlossen. Die Ausbildung der Steuervorrichtung dieser Maschine ist so getroffen, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt.
Das Maschinentriebwerk 2,3, 4 ist so dargestellt, dass die Kurbel 2 entsprechend Fig. 1 auf 300 nach OTP steht. Das Einlassventil 7 ist deshalb bereits geöffnet, und das Auslassventil ist im Moment seines Schliessens auf dem Einlassventil. Dies ist der Moment, wo entsprechend der besonderen Ausbildung der Steuervorrichtung und der Auslass- und Einlasssteuernocken das Auslassventil sich verhältnismässig sanft auf das Einlassventil absetzt.
In Fig. 7 ist noch ein Abgasturbolader mit seiner Abgasturbine 19 und seinem Lader 20 an die Maschine angeschlossen. Die Ladeluft wird der letzteren durch die Leitung 21 zugeführt. Die Abgase der Maschine gelangen durch die Kanäle 22 und die Leitungen 23, 24 zur Abgasturbine 19. Die Maschine kann natürlich auch ohne einen Lader oder mit jeder andern Ladevorrichtung, z. B. einem von der Maschine selbst oder anderweitig angetriebenen Lader, ausgerüstet sein.
In Fig. 8 ist in gleicher Weise wie in Fig. 7 ein Schnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine nach dem Erfindungsgegenstand dargestellt. Die Darstellung bezieht sich aber auf eine Ausbildung der Steuervorrichtung entsprechend den Ventilerhebungskurven nach Fig. 5. Das Einlassventil 7 befindet sich dabei in seinem Höchsthub, wenn das Auslassventil 8 darauf schliesst. Der Steuemocken 14 für das Auslassventil 8 öffnet dasselbe nur teilweise vor der Öffnung des Einlassventiles 7. Er öffnet das Auslassventil 8 aber während der Spülperiode stärker. Die Erhebung des Steuernockens 14 ist deshalb während der Spülperiode für das Auslassventil grösser als diejenige des Einlassnockens 9 auf das Einlassventil 7.
Damit kann ein möglichst grosser Spülquerschnitt durch das Ein- und das Auslassventil erreicht werden, wie dies in Fig. 6 zur Darstellung gelangt.
Eine Darstellung einer Steuervorrichtung und der Ein-und'Auslassventile gemäss Fig. 3 und 4. wobei der Auslassventilnocken auf einer grösseren Strecke höher ist als im Falle der Ausführung entsprechend Fig. 5, erübrigt sich.