Die Erfindung bezieht sich auf mechanische, variable Hubventilsteuerungen,
durch die mittels der Drehbewegung von Stößel aufweisenden Steuerwellen oder
mittels der Längsbewegung von Stößel aufweisenden Schubstangen bei
Einzelventilen oder Ventilgruppen während des Betriebes der Kraftmaschine die
Ventilhublänge stufenlos von einer maximalen Hublänge bis auf ein kontinuierliches
Schließen und auf eine kontinuierliche Öffnung eingestellt werden können, wobei
die Stößel selbst vop Kipp-, Schwing- oder Winkelhebeln angetrieben werden und
hierdurch die Ventile über weitere Schwing-, Kipp- oder Winkelhebel betätigen.
Mittels mehrerer nebeneinander angeordneter Kipp-, Schwing- oder Winkelhebel,
die durch eigene, einander unterschiedliche Nocken angetriebenen werden, können
durch ihre mittels der durch die Hubventilsteuerungen erfolgenden wechselseitigen
Aktivierung Einzelventile oder Ventilgruppen über einen gemeinsamen oder über
einzelne Kipp- Schwing- oder Winkelhebel betätigt werden, wobei mittels der
Verstelleinrichtungen der Hubventilsteuerungen die Ventile mit unterschiedlichen
Ventilhublängen und Ventilöffnungszeiten betätigt sowie auch Phasenverschie
bungen der Ventilöffnungszeiten hergestellt werden können.
Darüber hinaus können durch die Hubventilsteuerungen die Ventilhublängen
stufenlos von einer maximalen Hublänge bis auf ein kontinuierliches Schließen der
Ventile und auch eine kontinuierliche Öffnung der Ventile eingestellt werden, deren
Kipp- Schwing- oder Winkelhebel über parallel geführte Kreiseingriffe miteinander in
Verbindung stehen. Durch ein im parallel geführten Kreiseingriff erfolgendes
Verschwenken der Kipp- Schwing- oder Winkelhebel mit ihren in die Nockenbahn
eingreifenden Nockenrollen oder Kontaktflächen können auf einfache Weise
stufenlos Phasenverschiebungen der Ventilbetätigung vorgenommen werden, wie
diese in üblicher Weise mit aufwendigen Nockenwellenverstellern hergestellt
werden.
Während die Mehrzahl der gemäß der Erfindung aufgeführten Hubventil
steuerungen auf übliche Weise durch Nocken angetrieben werden, bezieht sich die
Erfindung auch auf Hubventilsteuerungen, die durch Kurbel- oder Exzenterwellen
antrieben werden. Diese gemäß der Erfindung gestalteten Hubventilsteuerungen
besitzen die Eigenschaft, stufenlos die Ventilhublänge und hierbei gleichzeitig die
Ventilöffnungszeit zu verändern, ein kontinuierliches Schließen und eine
kontinuierliche Öffnung der Ventile herzustellen.
Weiterhin ist ein Einsatz der Hubventilsteuerungen auch für den Antrieb von
Einspritzpumpen insbesondere von Pumpe-Düse-Einspritzsystemen möglich, durch
die in vorteilhafter Weise die Einspritzmengenregelung energiesparend mittels einer
stufenlos erfolgenden Längenänderung des Pumpenhubes und der Einspritzdauer
durchgeführt werden kann, wobei hierbei die Einspritzpumpen auch auf einen
kontinuierlichen Stillstand des Pumpenkolbens etwa bei einem durch die
Kraftmaschine erfolgenden Bremsvorgang eingestellt werden können und hierdurch
Energie gespart und der Verschleiß der Einspritzsysteme vermindert wird. Bei den
Einspritzpumpen kann durch die Hubventilsteuerungen auch eine stufenlose
Verstellung der Einspritzpunkte vorgenommen werden.
Durch variable Ventilhublängen und Ventilöffnungszeiten sowie deren
Phasenverschiebung, die durch die gemäß der Erfindung gestalteten
Hubventilsteuerungen ermöglicht werden, können bei nach dem Viertaktverfahren
arbeitenden Kraftmaschinen durch eine hierdurch erfolgende Anpassung des
Ansaugvorganges, des Expansionsvorganges und der hier nachfolgenden
Ventilüberschneidung, an die Drehzahl- und Leistungsbereiche der Kraftmaschine
angepasst, eine Verbesserung des Verbrennungsprozesses und eine Verminderung
der Ladungswechselverluste herbeigeführt werden, wodurch der Treibstoffverbrauch
und der Schadstoffausstoß der Kraftmaschine vermindert werden.
Bei Ottomotoren wird eine weitere Verminderung des Treibstoffverbrauches und
des Schadstoffausstoßes der Kraftmaschine mittels einer drosselfreien
Laststeuerung erzielt, wobei die Einlassventile durch die gemäß der Erfindung
gestalteten Hubventilsteuerungen von einem kontinuierlichen Schließen stufenlos
bis zu einer maximalen Ventilhublänge eingestellt werden können. Durch diese
mögliche Einstellung der Einlassventile entfallen die in den Ansaugrohren für die
Regulierung der Luftmenge angeordneten Drosselklappen, wodurch der den
Wirkungsgrad der Kraftmaschine mindernde, durch die Drosselklappe erzeugte
Strömungswiderstand im Ansaugrohr entfällt. Da bei den gemäß der Erfindung
gestalteten, eine drosselfreie Laststeuerung herstellenden Hubventilsteuerungen für
ihre Verstellung nur eine Drehbewegung auf eine Steuer- oder Schaltwelle zu
übertragen ist, kann der Drehzahl- und Leistungsbereich der Kraftmaschine in
einfacher Weise durch einen Bowdenzug, durch ein Gestänge, durch einen
Stellmotor oder einen Stellzylinder eingestellt werden, wobei die Steuer- oder
Schaltwelle über einen Bowdenzug oder über ein Gestänge von dem Fahrpedal
direkt betätigt werden kann, während für den Einsatz eines Stellmotors oder eines
Stellzylinders an dem Fahrpedal ein Signalgeber angeordnet ist, der für die
Betätigung der Steuer- oder Schaltwelle den Stellmotor oder den Stellzylinder über
ein Steuergerät einstellt.
Bei Ottomotoren mit einer direkten Treibstoffeinspritzung, bei denen eine
Drosselklappe im Ansaugsystem entfallen kann, ist eine Reduzierung der Hublänge
bei den Einlassventilen in den unteren Drehzahl- und Leistungsbereichen dadurch
vorteilhaft, dass durch die hierbei erfolgende Erhöhung der Strömungs
geschwindigkeit der Ansaugluft in dem Zylinder eine verbesserte Verwirbelung des
eingespritzten Treibstoffes bewirkt wird, wodurch der Verbrennungsprozess
verbessert wird.
In den unteren Drehzahl- und Leistungsbereichen der Kraftmaschine wird mittels
einer durch die Hubventilsteuerungen erfolgenden Abschaltung einzelner
Einlassventile der Zylinder durch die hierbei während des Ladungswechsels
erzielten höheren Geschwindigkeiten der Gasströme eine verbesserte Verwirbelung
des Frischgases erzielt, wobei der Verbrennungsprozess verbessert wird und
hierdurch der Treibstoffverbrauch und der Schadstoffausstoß der Kraftmaschine
vermindert werden.
Bei Kraftmaschinen mit einer höheren Zylinderanzahl können der
Treibstoffverbrauch und der Schadstoffausstoß der Kraftmaschine in den unteren
Drehzahl- und Leistungsbereichen durch die Abschaltung einzelner Zylinder
vermindert werden, wobei durch die Hubventilsteuerungen ein kontinuierliches
Schließen aller Ventile der abzuschaltenden Zylinder eingestellt wird.
Durch eine wechselseitige Betätigung von Ventilen, die mit Ansaug- und
Abgaskanälen unterschiedlicher Länge verbunden sind, kann die Kraftmaschine,
den Gasschwingungen angepasst, über Ansaug- und Abgaskanäle verschiedener
Länge betrieben werden, wobei die Ansaugkanäle und die Ventilteller auch
unterschiedliche Durchmesser aufweisen können, wodurch der Gaswechsel der
Kraftmaschine positiv beeinflusst wird.
Mittels der gemäß der Erfindung gestalteten Hubventilsteuerungen kann eine
Erhöhung der Bremsleistung einer Kraftmaschine durch eine unterschiedliche
Betätigung der für den Gaswechsel eingesetzten Ventile der Kraftmaschine erzielt
werden. Hierfür sind mehrere Arbeitsweisen und Ausführungsformen der
Hubventilsteuerungen aufgeführt.
Eine Erhöhung der Bremsleistung einer Kraftmaschine kann mittels der
Hubventilsteuerungen durch eine bei einer unterbrochenen Treibstoffzufuhr
erfolgenden, verstärkten Verwirbelung der Ansaugluft und des Abgases dadurch
hergestellt werden, dass einzelne Ventile eines Zylinders abgeschaltet, auf eine
geringe Ventilhublänge oder auf eine kontinuierliche Öffnung bei einer geringen
Ventilhublänge eingestellt werden. Durch eine Veränderung des Hubes der
kontinuierlich geöffneten Ventile mit Unterstützung einer einstellbaren Drosselklappe
im Abgassystem kann die Bremsleistung reguliert werden.
Pneumatisch oder hydraulisch angesteuerte Drosselventile, die im Zylinderkopf
angeordnet werden, um mittels der Herstellung eines Bypasses zu den
Auslassventilen eine erhöhte Bremsleistung der Kraftmaschine zu bewirken, werden
in einfacher Weise dadurch ersetzt, dass ein oder mehrere Auslassventile eines
Zylinders der Kraftmaschine durch die Hubventilsteuerungen während des
Bremsbetriebes der Kraftmaschine kontinuierlich geöffnet werden, wobei hier die
Bremsleistung durch eine stufenlose Einstellung der Ventilhublänge geregelt werden
kann.
Eine weitere Arbeitsweise für die Herstellung einer erhöhten Bremsleistung bei
nach dem Viertaktverfahren arbeitenden Kraftmaschinen ist gemäß der Erfindung
dadurch möglich, dass für die Betätigung der Auslassventile jedes Zylinders zwei
wechselseitig einschaltbare Hubventilsteuerungen vorgesehen werden, über die für
die Erzeugung einer Bremsleistung die Auslassventile durch zwei Erhebungen
aufweisende Nocken angetrieben werden, so dass die Auslassventile sowohl
während des Verdichtungstaktes als auch während des Ausschubtaktes geöffnet
sind. Die Steuerung der Einlassventile erfolgt hierbei unverändert in der für den
verbrennungsmotorischen Betrieb vorgesehenen Weise mittels eines Nockens mit
einer Erhebung. Die erhöhte Bremsleistung der Kraftmaschine wird in der Weise
erzielt, dass während des Ansaugtaktes das Einlassventil sich unverändert wie im
verbrennungsmotorischen Betrieb öffnet, wodurch Luft aus dem Ansaugsystem
angesaugt wird. Zu Beginn des Kompressionstaktes öffnet sich das Auslassventil,
wodurch während des Kompressionstaktes die angesaugte Luft, den Kolben
abbremsend, über eine Drosselklappe in das Abgassystem gepumpt wird. Während
des Expansionstaktes sind alle Ventile geschlossen, wodurch in den Zylindern ein
Unterdruck erzeugt wird. Zu Beginn des Ausstoßtaktes öffnet sich das Auslassventil,
wodurch aus dem Abgassystem Luft in den einen verminderten Druck aufweisenden
Zylinder zurückströmt, der Kolben hierdurch eine Gegenkraft erfährt und
abgebremst wird, wonach diese Luft während des Ausstoßtaktes, den Kolben
abbremsend, wieder über die Drosselklappe zurück in das Abgassystem gepumpt
wird. Hierbei ist es auch möglich, die komprimierte Luft für eine
Energierückgewinnung mittels eines durch Umsteuerventile regelbaren
Rohrleitungssystems über ein Drossel- und Rückschlagventil in einen
Druckluftbehälter zu leiten. Durch eine entsprechende, mittels der
Hubventilsteuerungen vorgenommene Ventilsteuerung und eine entsprechende
Schaltung des Rohrleitungssystems kann die im Druckluftbehälter befindliche
Druckluft für einen druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine eingesetzt
werden.
Bei nach dem Viertaktverfahren arbeitenden, ein Fahrzeug antreibenden
Kraftmaschinen kann die Bremsleistung und eine hierbei erfolgende
Drucklufterzeugung annähernd verdoppelt werden, wenn die Bremsleistung durch
eine nach dem Zweitaktverfahren erfolgende Drucklufterzeugung hergestellt wird.
Hierfür werden sowohl die Einlassventile als auch die Auslassventile über die
entsprechend gesteuerten Hubventilsteuerungen wechselseitig von einander
unterschiedlichen Nocken betätigt, wobei die Nocken, die für den nach dem
Viertaktverfahren erfolgenden verbrennungsmotorischen Betrieb der Kraftmaschine
eingesetzt sind, wie üblich nur eine Erhebung aufweisen, während die für die
Bremsleistung eingesetzten Nocken zwei Erhebungen aufweisen. Bei der
Erzeugung der Bremsleistung nach dem Zweitaktverfahren wird bei unterbrochener
Kraftstoffzufuhr während jeder Kurbelwellenumdrehung über das Ansaugsystem von
der Kraftmaschine Luft angesaugt und hiernach über eine Drosselklappe Energie
vernichtend in das Abgassystem gepumpt, wenn keine Energierückgewinnung
durch die Speicherung von Druckluft vorgesehen ist. Durch eine Veränderung der
Ventilhublänge und der Einstellung der Drosselklappe des Abgassystems kann
hierbei die Bremsleistung reguliert werden. Für eine Energierückgewinnung wird die
von den Zylindern angesaugte und verdichtete Luft mittels eines Umsteuerventile
aufweisenden Rohrleitungssystems anstatt in das Abgassystem über ein Drossel-
und Rückschlagventil in einen Druckluftbehälter geleitet. Der Druckluftbehälter kann
als Röhrenkessel ausgebildet sein, wobei mittels des durch die Röhren geleiteten
Abgases und mittels einer Anordnung von Wärmetauschern des Kühl und
Schmiersystems die im Druckluftbehälter befindliche Druckluft erhitzt wird und
hierdurch eine Druckerhöhung der Druckluft während des verbrennungsmotorischen
Betriebes der Kraftmaschine erfolgt.
Kompressoren und Turbolader im Ansaugsystem erhöhen die Bremsleistung und
die Drucklufterzeugung der Kraftmaschine.
Die Drucklufterzeugung für den Druckluftbehälter kann zum einen mittels aller
Zylinder einer Kraftmaschine durch eine Bremsleistung der Kraftmaschine während
eines Haltevorganges oder während einer Bergabfahrt eines Fahrzeuges erfolgen
und zum anderen durch eine Zylindergruppe der Kraftmaschine dann erfolgen,
wenn die andere Zylindergruppe der Kraftmaschine sich im verbrennungs
motorischen Betrieb der Kraftmaschine befindet. Hierbei weisen die zwei
Zylindergruppen der Kraftmaschine jeweils ein eigenes schaltbares Rohrleitungs
system auf, durch das eine Zylindergruppe im verbrennungsmotorischen Betrieb
arbeiten und hierbei die andere Zylindergruppe antreiben kann, deren
Hubventilsteuerungen die Ventile für eine Drucklufterzeugung betätigen und deren
Rohrleitungssystem die erzeugte Druckluft über ein Drossel- und Rückschlagventil
in einen Druckluftbehälter leitet. Die Herstellung der verbrennungsmotorisch
erzeugten Druckluft kann in vorteilhafter Weise dann erfolgen, wenn die
Kraftmaschine in einem unteren Leistungsbereich arbeitet, in dem ein nicht
optimaler Wirkungsgrad vorhanden ist, wie etwa auch während eines
Leerlaufbetriebes der Kraftmaschine.
Eine Einspeisung der Druckluft in den Druckluftbehälter ist auch über eine
stationäre Druckluftanlage möglich.
Ein druckluftmotorischer Betrieb der Kraftmaschine mittels Druckluft aus dem
Druckluftbehälter ist auch durch eine Einspritzung von flüssiger Luft mittels einer
Speisepumpe aus einem isolierten Behälter des Fahrzeuges in den
Druckluftbehälter möglich, wenn eine Zylindergruppe der Kraftmaschine
verbrennungs- und die andere Zylindergruppe der Kraftmaschine druckluftmotorisch
arbeitet. Hierbei wird die flüssige Luft in dem Druckluftbehälter durch die während
des verbrennungsmotorischen Betriebes der Kraftmaschine in dem
Druckluftbehälter erfolgende Wärmeabgabe vergast, wobei die Wärmeabgabe über
die in dem Druckluftbehälter angeordneten Wärmeableitungsrippen des
Abgassystems, über Wärmetauscher des Kühl- und Schmiersystems und über eine
Ladeluftkühlungseinrichtung erfolgen kann. Eine zusätzliche Erwärmung der
flüssigen Luft in dem Druckluftbehälter kann auch durch die Umgebungswärme
erfolgen, wobei für eine Verstärkung dieser Erwärmung der Druckluftbehälter außen
Wärmeaufnahmerippen aufweisen kann und eine etwaige Wärmeisolierung des
Druckluftbehälters hierfür automatisch derart aufklappbar sein sollte, dass die
Wärmeaufnahmerippen von dem Fahrtwind umströmt werden können. Durch den
Einsatz von flüssiger Luft lassen sich erhebliche Treibstoffeinsparungen und eine
Reduzierung des Schadstoffausstoßes erzielen. Wird die flüssige Luft mittels
elektrischer Energie durch Wasserkraftwerke, Windkraftanlagen oder aus
Solarenergie gewonnen, wird durch diesen druckluftmotorischen Betrieb der
Kraftmaschine die Umwelt geringer belastet. Die Betankung der Fahrzeuge mit
flüssiger Luft ist unproblematisch und ein langfristiges Abstellen dieser Fahrzeuge
auch in Tiefgaragen ist ungefährlich, da nur Luft über ein Überdruckventil in die
Außenluft abgeblasen wird, wenn sich in den mit flüssiger Luft gefüllten, isolierten
Behältern und in den Druckluftbehältern ein zu hoher Luftdruck durch eine mittels
der Umgebungswärme erfolgenden Vergasung der flüssigen Luft einstellt.
Die Druckluft des Druckluftbehälters kann für einen druckluftmotorischen Betrieb
der Kraftmaschine in vorteilhafter Weise dadurch Arbeit leistend entspannt werden,
dass die Ventile der Kraftmaschine mittels einer durch die Hubventilsteuerungen
erfolgenden Umsteuerung durch entsprechende zwei Erhebungen aufweisende
Nocken angetrieben werden und hierdurch eine im Zweitaktverfahren erfolgende
Entspannung der Druckluft erfolgt. Hierzu ist das mit Umsteuerventilen ausgerüstete
Rohrleitungssystem entsprechend zu schalten.
Durch einen druckluftmotorischen Betrieb der einen Zylindergruppe der
Kraftmaschine kann auch ein Anlassen der anderen Zylindergruppe der
Kraftmaschine für einen verbrennungsmotorischen Betrieb erfolgen, wonach alle
Zylinder der Kraftmaschine durch die Steuerung der Hubventilsteuerungen und der
Rohrleitungssysteme auf einen verbrennungsmotorischen Betrieb geschaltet
werden können.
Eine durch einen Bremsvorgang erfolgende oder auch durch einen
verbrennungsmotorischen Betrieb der Kraftmaschine erfolgende Drucklufterzeugung
sowie ein druckluftmotorischer Betrieb der Kraftmaschine kann durch ein
entsprechend gesteuertes Rohrleitungssystem der Kraftmaschinen auch mehrstufig
erfolgen.
Eine Speicherung der durch einen Bremsvorgang eines Fahrzeuges durch die
Kraftmaschine selbst hergestellten Druckluft und der nachfolgende
druckluftmotorische Betrieb der Kraftmaschine ist besonders bei Omnibussen, die
auf Strecken mit einem kurzen Haltestellenabstand verkehren oder bei auf
Bergstraßen verkehrenden Fahrzeugen vorteilhaft, wodurch neben einer Erhöhung
der Sicherheit durch die hierbei erzielte verminderte Beanspruchung der
Fahrzeugbremsen und ihren hierdurch erzielten geringeren Verschleiß auch eine
erhebliche Reduzierung des Treibstoffverbrauches und des Schadstoffausstoßes
dadurch erzielt wird, dass die durch die Bremsleistung der Kraftmaschine erzeugte
Druckluft für Anfahrvorgänge des Fahrzeuges und die nach Bergabfahrten erzeugte
Druckluft für den hier nachfolgenden Antrieb des Fahrzeuges genutzt werden kann.
Während eines Haltevorganges eines Fahrzeuges kann eine hohe
Drucklufterzeugung dadurch erfolgen, dass mittels einer entsprechenden
Getriebesteuerung die Kraftmaschine, während die Fahrgeschwindigkeit sich
vermindert, auf eine hohe Drehzahl solange gehalten wird, bis die durch die
Kraftmaschine erzeugte Bremsleistung nicht mehr für den Haltevorgang
ausreichend ist, wonach das Fahrzeug mittels der Fahrzeugbremsen zum Halten
gebracht wird.
Der verbrennungs- und druckluftmotorische Hybridantrieb ist auch bei
Schienenfahrzeugen und bei anderen Fahrzeugen vorteilhaft, die regelmäßig im
Stop-and-go-Betrieb verkehren.
Der druckluftmotorische Betrieb der Kraftmaschine ist bei Linienbussen und
Stadtfahrzeugen, die etwa Innenstadtbereiche mit einem hohen Fußgänger
aufkommen durchfahren, in Hinblick auf den nicht vorhandenen Schadstoffausstoß
für die Atemluft der Fußgänger vorteilhaft.
Weiterhin ist ein verbrennungs- und druckluftmotorischer Hybridantrieb etwa bei
Arbeitsmaschinen, die sowohl in geschlossenen Räumen als auch im Außenbereich
arbeiten vorteilhaft.
Die von den Zylindern der Kraftmaschine erzeugte und in dem Druckluftbehälter
gespeicherte Druckluft kann auch bei einer Zwischenschaltung von
Entwässerungseinrichtungen, Filtern und Druckreglern für das Bremssystem für die
Luftfederung, für die Türbetätigung und für die Schaltsysteme der Fahrzeugen
eingesetzt werden.
Durch eine durch die Hubventilsteuerungen erfolgende wechselseitige
Umschaltung zweier entsprechend angeordneter Gruppen von Nocken kann eine im
Viertaktverfahren arbeitende Kraftmaschine in beiden Drehrichtungen betrieben
werden, welches besonders für Schiffsantriebsmaschinen vorteilhaft ist, da
hierdurch das für eine Rückwärtsfahrt notwendige Wendegetriebe entfallen kann.
Gegenüber verbrennungs- und elektromotorischen Hybridantrieben ist ein
verbrennungs- und druckluftmotorischer Hybridantrieb zumindest in Hinblick auf die
Herstellungskosten kostengünstiger und Gewicht einsparender. Bei einer für einen
verbrennungsmotorischen Betrieb ausgerüsteten Kraftmaschine sind gemäß der
Erfindung in der Kraftmaschine für ihren druckluftmotorischen Betrieb nur
zusätzliche Nocken auf den vorzusehenden Nockenwellen und zusätzliche,
Schwing- und Stellhebel der gemäß der Erfindung gestalteten Hubventilsteuerungen
mit den Steuerwelten und Verstelleinrichtungen vorzusehen. An der Kraftmaschine
ist zusätzlich ein Rohrleitungssystem mit Umsteuerventilen vorzusehen, während an
dem Fahrzeug ein Druckluftbehälter und gegebenenfalls ein isolierter Behälter für
flüssige Luft mit einer Speisepumpe vorzusehen ist. Bei einem verbrennungs- und
elektromotorischen Hybridantrieb sind zusätzliche Einrichtungen wie die
schwergewichtige Batterie, ein oder mehrere Elektromotoren und etwa ein
zusätzliches Überlagerungsgetriebe vorzusehen.
Gemäß der Erfindung erfolgt die durch die Hubventilsteuerungen und die
Umsteuerventile der Rohrleitungssysteme durchzuführende Einschaltung der
unterschiedlichen Betriebsarten der Kraftmaschinen von Fahrzeugen durch ein mit
einem Navigationssystem integrierten Steuergerät, wobei das Navigationssystem
auch satellitengestützt sein kann, nach einer Aktivierung des Steuergerätes
automatisch dadurch, dass nach einer Eingabe des Fahrweges in das Steuergerät
eine Umschaltung der Kraftmaschine auf einen druckluftmotorischen oder einen
kombinierten verbrennungs- und druckluftmotorischen Betrieb vor Bergabfahrten
erfolgt, um für die während einer nachfolgenden Bergabfahrt durch die
Bremsleistung der Kraftmaschine erzeugte Druckluft in den Druckluftbehältern des
Fahrzeuges eine ausreichende Aufnahmekapazität bereitstellen zu können. Nach
erfolgter Bergabfahrt wird der verbrennungsmotorische Betrieb der Kraftmaschine
wieder automatisch eingeschaltet. Ebenso kann über ein Navigationssystem bei
Linienbussen und Stadtfahrzeugen eine automatische Umschaltung der
Kraftmaschine auf einen druckluftmotorischen Betrieb erfolgen, bevor ein
Stadtgebiet durchfahren wird, um hier einen schadstofffreien Betrieb der
Kraftmaschine zu ermöglichen, wobei der verbrennungsmotorische Betrieb der
Kraftmaschine wieder automatisch eingeschaltet wird, wenn das Stadtgebiet
verlassen wird. In dem Steuergerät ist ein Rechner angeordnet der das Gewicht und
den Rollwiderstand des Fahrzeuges durch die Betriebsdaten der Kraftmaschine
während eines Beschleunigungs- und Bremsvorganges ermittelt, wobei auch die
Daten eines Steigungsmessgerätes eingesetzt werden. Der Rechner des
Steuergerätes führt durch die ermittelten Daten eine Selbstprogrammierung durch
und errechnet mittels der im Navigationssystem vorhandenen Daten die
Drucklufterzeugung während der Bergabfahrten und vergleicht diese Daten mit den
tatsächlichen Daten, wodurch der Rechner die im Navigationssystem vorhandenen
Daten aktualisiert und für die neuen anfallenden Berechnungen speichert. Weiterhin
ist der Rechner von außen programmierbar, wodurch z. B. aktualisierte
Berechnungsdaten eingegeben werden können.
Ausführungsbeispiele der Hubventilsteuerungen sind in den Zeichnungen
dargestellt:
Fig. 1 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung mit einem die
Ventile betätigenden Kipphebel, wobei der Kipphebel für eine stufenlose
Veränderung der Ventilhublänge sowie für ein kontinuierliches Schließen und eine
kontinuierliche Öffnung der Ventile von einem in einer Steuerwelle axial beweglich
gelagerten Stößel angetrieben und der Stößel selbst von einem Schwinghebel
angetrieben wird.
Fig. 2 zeigt eine wechselseitig zuschaltbare Hubventilsteuerung, durch die der die
Ventile antreibende Kipphebel der Fig. 1 für die Erzielung einer größeren
Bremsleistung der Kraftmaschine über einen zweiten in der Steuerwelle axial
beweglich gelagerten Stößel angetrieben und der Stößel selbst von einem
Schwinghebel angetrieben wird, der über eine Stößelstange oder auch direkt von
einem Nocken mit zwei Erhebungen angetrieben wird. Der Stößel der Fig. 1 ist
hierbei deaktiviert.
Fig. 3 zeigt eine Hubventilsteuerung, die nach dem Prinzip der
Hubventilsteuerung der Fig. 2 arbeitet, bei der, wenn keine Bremsleistung der
Kraftmaschine beansprucht wird, der von dem Nocken direkt angetriebene Stößel
aus dem Eingriffskreis des Nockens durch den Eingriff des Stößels der
Hubventilsteuerung in einen mit dem Schwinghebel verbundenen Stellhebel
gezogen wird. Hierbei sind der Schwinghebel, die Stößelstange und der von dem
Nocken beaufschlagte Stößel auch in der Zugrichtung kraftschlüssig miteinander
verbunden.
Fig. 4 zeigt eine im Kurbelgehäuse angeordnete Hubventilsteuerung für eine
Veränderung der Ventilhublänge, der Ventilöffnungszeit, für die Herstellung eines
kontinuierlichen Schließens und einer kontinuierlichen Öffnung der Ventile, die
mehrere jeweils von einem eigenen Nocken angetriebene Schwinghebel aufweist,
wobei immer ein Schwinghebel über einen eigenen, in einer gemeinsamen
Steuerwelle axial beweglich gelagerten Stößel einen gemeinsamen, mit einer
Stößelstange verbundenen Schwinghebel dann antreibt, wenn die anderen von den
Nocken beaufschlagten Schwinghebel über ihren Stößel keine oder nur eine
abgeminderte Ventilhubbewegung auf den die Stößelstange antreibenden
Schwinghebel übertragen, wodurch eine Umschaltung der Kraftmaschine auf einen
Druckluftbetrieb oder eine Umsteuerung der Kraftmaschine erfolgen kann.
Fig. 5 und 6 zeigen jeweils einen von einem Schwinghebel angetriebenen und
einen Kipphebel antreibenden Stößel, wobei der Stößel der Fig. 5 in einer hohlen
Steuerwelle axial beweglich gelagert ist und für den Verstellvorgang von der hohlen
Steuerwelle verschwenkt wird und der Stößel der Fig. 6 in einer massiven, in der
hohlen Steuerwelle drehbar angeordneten Steuerwelle axial beweglich gelagert ist
und für den Verstellvorgang von der massiven Steuerwelle verschwenkt wird. Für
die Bewegungsfreiheit der beiden Stößel sind in beiden Steuerwellen
Ausnehmungen angeordnet. Durch die Anordnung einer inneren und einer äußeren
Steuerwelle können Raum sparend zwei unterschiedliche Steuervorgänge durch
einen Steuerwellenstrang vorgenommen werden.
Fig. 7 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung mit einem die
Ventile betätigenden Kipphebel, wobei der Kipphebel für eine stufenlose
Veränderung der Ventilhublänge sowie für ein kontinuierliches Schließen und eine
kontinuierliche Öffnung der Ventile über einen in einer Schubstange axial beweglich
gelagerten Stößel angetrieben und der Stößel selbst von einem Schwinghebel
angetrieben wird.
Fig. 8 zeigt eine umschaltbare Hubventilsteuerung, durch die der die Ventile
betätigende Kipphebel der Fig. 7 für die Erzielung einer größeren Bremsleistung der
Kraftmaschine über einen zweiten in der Schubstange axial beweglich gelagerten
Stößel angetrieben und der Stößel selbst von einem Schwinghebel angetrieben
wird, der über eine Stößelstange oder auch direkt von einem Nocken mit zwei
Erhebungen angetrieben wird. Der Stößel der Fig. 7 ist hierbei deaktiviert.
Fig. 9 zeigt eine im Kurbelgehäuse angeordnete Hubventilsteuerung, die einen
von einem Nocken angetriebenen Schwinghebel aufweist, auf dem ein mit einer
Stößelstange verbundener Gleitschuh mittels Stellhebel für die Veränderung der
Ventilhublänge und die Herstellung eines kontinuierlichen Schließens sowie einer
kontinuierlichen Öffnung der Ventile in der Längsrichtung des Schwinghebels
bewegt wird.
Fig. 10 zeigt einen Zwillingsrollenbock durch den der in Fig. 9 dargestellte
Gleitschuh ersetzt werden kann.
Fig. 11 zeigt eine im Kurbelgehäuse angeordnete Hubventilsteuerung, die einen
von einem Nocken angetriebenen Schwinghebel aufweist, auf dem ein mit einer
Stößelstange verbundener Stößel, der in einem Gleitschlitten axial beweglich
gelagert ist, mittels eines Stellhebels für die Veränderung der Ventilhublänge und
die Herstellung eines kontinuierlichen Schließens sowie einer kontinuierlichen
Öffnung der Ventile in der Längsrichtung bewegt wird.
Fig. 12 zeigt einen im Gleitschlitten der Fig. 11 angeordneten Stößel, der Rollen
aufweist und durch den die Stößelstange angetrieben wird.
Fig. 13 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, die einen von
einem Nocken angetriebenen und einen die Ventile betätigenden Schwinghebel
aufweist, wobei beide Schwinghebel auf einer gemeinsamen Achse gelagert sind
und einen gelenkigen Kipphebel bilden. Um ein Drehmoment übertragen zu können,
sind beide Schwinghebel durch einen mittels eines Stellhebels schwenkbaren
Waagebalken in der Ventilbetätigungsrichtung kraftschlüssig verbunden, wodurch
die Ventilhublänge verändert, ein kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche
Öffnung der Ventile hergestellt werden können.
Fig. 14 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, die einen von
einem Nocken angetriebenen und auf dem Gelenkpunkt eines auf einer Steuerwelle
angeordneten Ventilspiel-Ausgleichselementes gelagerten Schwinghebel aufweist,
wobei durch eine Drehung der Steuerwelle ein auf der Nockenbahn verstellbarer
Eingriff für eine stufenlose Phasenverschiebung der Ventilbetätigung erzielt wird.
Die Hubventilsteuerung weist einen Kipphebel auf, der in den Schwinghebel
stufenlos verstellbar eingreift und hierdurch die Ventile mit einer unterschiedlichen
Hublänge betätigt sowie ein kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche
Öffnung der Ventile herstellt.
Fig. 15 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, die einen von
einem Nocken angetriebenen Schwinghebel aufweist, wobei der Schwinghebel über
eine Rolle, die mittels eines Stellhebels verstellbar ist, einen weiteren, die Ventile
betätigenden Schwinghebel antreibt, wodurch eine Veränderung der Ventilhublänge,
ein kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile
hergestellt werden können.
Fig. 16 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, die einen von
einem Nocken angetriebenen und durch einen Stellhebel schwenkbaren
Schwinghebel aufweist, wodurch ein auf der Nockenbahn verstellbarer Eingriff für
die Herstellung einer stufenlosen Phasenverschiebung der Ventilbetätigung erzielt
wird. Die Hubventilsteuerung weist einen weiteren Schwinghebel auf, der von dem
ersten Schwinghebel mittels eines verstellbaren Eingriffs angetrieben wird und
hierdurch die Ventile betätigt, wodurch die Ventilhublänge stufenlos verändert, ein
kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile hergestellt
werden.
Fig. 17, 18 und 19 zeigen eine nach dem Prinzip der in Fig. 16 dargestellten
Hubventilsteuerung arbeitende Hubventilsteuerung in einer Raum sparenden
Bauweise für den gleichzeitigen Antrieb von zwei Ventilen.
Fig. 20 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, die einen von
einem Nocken angetriebenen und durch einen Stellhebel schwenkbaren
Schwinghebel aufweist, wodurch ein auf der Nockenbahn verstellbarer Eingriff für
die Herstellung einer stufenlosen Phasenverschiebung der Ventilbetätigung erzielt
wird. Die Hubventilsteuerung weist einen Stößel auf, der von dem Schwinghebel
mittels eines verstellbaren Eingriffs angetrieben wird, wodurch die Ventile mit einer
stufenlos veränderlichen Ventilhublänge, einem kontinuierlichen Schließen und
einer kontinuierlichen Öffnung betätigt werden können.
Fig. 21 und 22 zeigen eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung für
den gleichzeitigen Antrieb von zwei Ventilen, die einen von einem Nocken
angetriebenen, durch einen Stellhebel schwenkbaren, bügelförmigen Schwinghebel
aufweist, der über zwei Gelenkstäbe beiderseitig einen jeweils ein Ventil
betätigenden Schwinghebel antreibt, wodurch eine stufenlose Phasenverschiebung
der Ventilbetätigung, eine stufenlose Veränderung der Ventilhublänge, ein
kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile hergestellt
werden können.
Fig. 23, 24 und 25 zeigen eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung
für den gleichzeitigen Antrieb von zwei Ventilen, bei der eine Achse, die durch ein
von einer Kurbel- oder Exzenterwelle beaufschlagtes Pleuel angetrieben wird und
hierdurch eine Schwingbewegung ausführt, zwei in die Kontaktflächen einer
Steuerwelle eingreifende Rollen und eine mittige Rolle aufweist, die in die
Kontaktfläche eines die Ventile betätigenden Schwinghebels eingreift, wobei durch
eine Drehung der Steuerwelle die Öffnungsdauer der Ventile, gleichzeitig die
Ventilhublänge verändert, ein kontinuierliches Schließen sowie eine, kontinuierliche
Öffnung der Ventile eingestellt werden können und der Schwinghebel die Ventile
über einen an dem Schwinghebel drehbar gelagerten Waagebalken betätigt.
Fig. 26 und 27 zeigen eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, die
nach dem Prinzip der in Fig. 23 und 24 dargestellten Hubventilsteuerung arbeitet,
bei der statt der Steuerwelle ein axial verstellbarer Gleitstein mit den
entsprechenden Kontaktflächen angeordnet ist.
Fig. 28 und 29 zeigen eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung für
den Antrieb von Ventilen, bei der eine Achse, die durch ein von einer Kurbel- oder
Exzenterwelle beaufschlagtes Pleuel angetrieben wird und hierdurch eine
Schwingbewegung ausführt, zwei in die Kontaktflächen einer Steuerwelle
eingreifende Rollen und eine mittige Rolle aufweist, die in die Kontaktfläche eines
die Ventile betätigenden Stößels eingreift, wobei durch eine Drehung der
Steuerwelle die Öffnungsdauer der Ventile und gleichzeitig die Ventilhublänge
verändert werden sowie ein kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche
Öffnung der Ventile eingestellt werden können.
Fig. 30-33 zeigen Schaltpläne von Rohrleitungssystemen, durch die mittels einer
entsprechenden Steuerung der gemäß der Erfindung gestalteten
Hubventilsteuerungen und eines Umsteuerventile aufweisenden Rohrleitungs
systems Kraftmaschinen neben ihrem verbrennungsmotorischen Betrieb für eine
einstufige Drucklufterzeugung und einen einstufigen druckluftmotorischen Betrieb
eingesetzt werden können.
Fig. 34 und 35 zeigen Schaltpläne von Rohrleitungssystemen, durch die mittels
einer entsprechenden Steuerung der gemäß der Erfindung gestalteten
Hubventilsteuerungen und eines Umsteuerventile aufweisenden Rohrleitungs
systems Kraftmaschinen neben ihrem verbrennungsmotorischen Betrieb für eine
zweistufige Drucklufterzeugung und einen zweistufigen druckluftmotorischen Betrieb
eingesetzt werden können.
Fig. 36 zeigt einen Schaltplan von einem Rohrleitungssystem, durch das mittels
einer entsprechenden Steuerung der gemäß der Erfindung gestalteten
Hubventilsteuerungen und eines Umsteuerventile aufweisenden Rohrleitungs
systems Kraftmaschinen für eine dreistufige Drucklufterzeugung und einen
dreistufigen druckluftmotorischen Betrieb eingesetzt werden können.
Fig. 1 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, durch welche
auf mechanische Weise während des Betriebes der Kraftmaschine die
Ventilhublänge stufenlos verändert, ein kontinuierliches Schließen und ein
kontinuierliches Öffnen der Ventile hergestellt werden können.
Für die Betätigung der Ventile 1 weist die Hubventilsteuerung einen Kipphebel 2
auf, der an seinem rechten Hebelende die Kontaktfläche 3 für die Betätigung der
Ventile 1 und an seinem linken Hebel eine kreisförmig nach innen gewölbte und
nach unten gerichtete Kontaktfläche 4 aufweist. Unter dem Kipphebel 2 ist ein
Schwinghebel 5 angeordnet, der eine kreisförmig nach innen gewölbte, nach oben
gerichtete Kontaktfläche 6 aufweist und unter dem Drehgelenk 7 des Kipphebels 2
das Drehgelenk 8 besitzt. Der Schwinghebel 5 wird an seinem linken Hebelende
von einer Stößelstange 9 angetrieben, wobei der Kipphebel 2 gemäß der Erfindung
von dem Schwinghebel 5 über einen Stößel 10 angetrieben wird, der in einer
Steuerwelle 11 quer zur Längsachse der Steuerwelle 11 längsbeweglich gelagert
ist, wobei die Längsachse der Steuerwelle 11 parallel zu den Drehachsen des
Kipphebels 2 und Schwinghebels 5 verläuft. Der Schwinghebel 5 kann auch über
eine Nockenrolle oder direkt von einem Nocken oder von anderen
Antriebseinrichtungen angetrieben werden. Um die Baugröße der
Hubventilsteuerung gering zu halten, ragt der mittig in der Steuerwelle 11
angeordnete Stößel 10, wenn die Ventile 1 nicht betätigt sind, auf der Seite des ihn
antreibenden Schwinghebels 5 mit der Länge aus der Steuerwelle 11, die für seine
größte Axialbewegung erforderlich ist, während der Stößel 10 auf der Seite des von
ihm angetriebenen Kipphebels 2 nur mit einer konstruktiv notwendigen Länge aus
der Steuerwelle 11 ragt. Hierbei ist die Radiuslänge der Kontaktfläche 4 des
Kipphebels 2 entsprechend kürzer als die Radiuslänge der Kontaktfläche 6 des
Schwinghebels 5. Sind die Ventile 1 geschlossen und ist die Kontaktfläche 4 des
Kipphebels 2 zu den Ventilen 1 etwa durch einen Spion in dem Abstand des
vorgegebenen Ventilspiels gehalten, verlaufen die Kontaktflächen 4 und 6
konzentrisch um die Drehachse der Steuerwelle 11, so dass der Stößel 10 in dem
Verstellbereich von der maximalen Ventilhublänge bis zu dem kontinuierlichen
Schließen mit seiner Kontaktfläche spielfrei auf den Kontaktflächen 4 und 6 gleitet,
ohne hierbei eine Hubbewegung der Ventile 1 zu bewirken, wodurch bei einem
vorhandenen Ventilspiel das Ventilspiel in diesem Verstellbereich konstant bleibt.
Der Stößel 10 greift in die Kontaktfläche 6 des Schwinghebels 5 ein und überträgt
die hier empfangene Schwingbewegung durch den Eingriff in die Kontaktfläche 4
auf den Kipphebel 2. Um die Länge des Ventilhubes zu verändern, wird die
Steuerwelle 11 in Drehung versetzt, wodurch sich die Eingriffspunkte des Stößels
10 in einander entgegengesetzter Richtung auf den Kontaktflächen 4 und 6 zu den
Drehgelenken 7 und 8 des Kipphebels 2 und des Schwinghebels 5 bewegen. Durch
die einander entgegengesetzt gerichteten Bewegungen der Eingriffspunkte des
Stößels 10 auf den Kontaktflächen 4 und 6 sowie durch die in einem
Drehwinkelabstand von etwa 90° um die Drehachse der Steuerwelle 11
angeordneten Drehgelenke 7 und 8 des Kipphebels 2 und des Schwinghebels 5
werden die wirksamen Hebel gegensätzlich in ihrer Länge verändert, wodurch für
die Veränderung der Ventilhublänge von der maximalen Größe bis zu einem
kontinuierlichen Schließen der Ventile 1 nur ein kleiner Verstelldrehwinkel der
Steuerwelle 11 benötigt wird.
Der Verstelldrehwinkel der Steuerwelle 11 ist durch die Stellpunkte A-D
unterteilt. Bewegt sich der Eingriffspunkt des Stößels 10 auf der Kontaktfläche 4 von
dem Stellpunkt A in die Richtung des Stellpunktes C, wird die Ventilhublänge
verkürzt. Hierbei sind in dem Stellpunkt A die maximale Ventilhublänge, in dem
Stellpunkt B eine mittlere Ventilhublänge und in dem Bereich des Stellpunktes C ein
kontinuierliches Schließen der Ventile 1 eingestellt. In dem Bereich des Stellpunktes
C schließt sich auf dem Schwinghebel 5 an die Kontaktfläche 6 eine nach außen
gewölbte, kreisbogenförmige Kontaktfläche 12 an, deren Kreismittelpunkt in der
Drehachse des Drehgelenkes 8 des Schwinghebels 5 liegt, wobei bei dem hier
erfolgenden Eingriff des Stößels 10 keine Axialbewegung auf den Stößel 10 in der
Steuerwelle 11 übertragen wird und somit ein kontinuierliches Schließen der Ventile
1 eingestellt ist. An die Kontaktfläche 12 des Schwinghebels 5 schließt sich eine auf
dem die Drehgelenke 7 und 8 aufweisenden Achshalter 13 angeordnete, nach innen
gewölbte, kreisförmig um die Drehachse der Steuerwelle 11 verlaufende
Kontaktfläche 14 an, auf welche die Kontaktfläche des Stößels 10 gestellt wird, um
bei einem eingestellten kontinuierlichen Schließen der Ventile 1 die durch die
Schwingbewegung des Schwinghebels 5 hervorgerufene Gleitreibung zu
vermeiden. In dem Bereich des Stellpunktes D schließt sich an die Kontaktfläche 14
auf dem Achshalter 13 eine weitere nach innen gewölbte Kontaktfläche 15 an, deren
Radiuslänge geringer als die Radiuslänge der Kontaktfläche 14 ist, wodurch, wenn
der Stößel 10 mit seiner Kontaktfläche auf die Kontaktfläche 15 gleitet, der Stößel
10 eine aale Bewegung in der Steuerweile 11 ausführt und die Ventile 1 mittels
des Kipphebels 2 kontinuierlich öffnet. Die Kontaktflächen 14 und 15 können auch
als Gleitstein in dem Achshalter 13 eingesetzt sein. Die Herstellung eines
kontinuierlichen Ventilhubes kann auch durch eine auf dem Kipphebel 2, an dem
äußeren Ende der Kontaktfläche 4 angeordnete Stellnase 16 allein oder gemeinsam
mit der Kontaktfläche 15 erfolgen. Verlaufen die Kontaktfläche 15 und die
Kontaktfläche der Stellnase 16 spiralförmig sich der Drehachse der Steuerwelle 11
annähernd, kann durch ein Verstellen der Stößel 10 auf der Kontaktfläche 15 und
auf der Stellnase 16 die Ventilhublänge der kontinuierlichen Öffnung stufenlos
variiert werden.
Da mit sich verkleinernder Ventilhublänge die von der Ventilfeder 17 erzeugte
Kraft auf den Schwinghebel 5 mit einem sich verringernden Drehmoment übertragen
wird und da ab einer Ventilhublänge kein ausreichendes Drehmoment auf den
Schwinghebel 5 übertragen wird, wodurch der Schwinghebel 5, die Stößelstange 9
und der von dem Nocken direkt angetriebene Stößel 10 den von dem Nocken
vorgegebenen Bewegungen folgen kann, wird der Schwinghebel 5 von einer
Rückstellfeder 18 derart beaufschlagt, dass ein ausreichendes Drehmoment auf den
Schwinghebel 5 ausgeübt wird und hierdurch der Schwinghebel 5, die Stößelstange
9 und der von dem Nocken direkt angetriebene Stößel den von dem Nocken
vorgegebenen Bewegungen folgen kann.
Der Stößel 10 kann als Ventilspielausgleichselement ausgebildet sein, wobei ein
als hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement ausgebildeter Stößel 10 über eine
axiale Bohrung 19 in der Steuerwelle 11 mit dem erforderlichen Drucköl z. B. aus
dem Schmiersystem der Kraftmaschine versorgt werden kann.
Der Schwinghebel 5 und der Kipphebel 2 können auch als Winkelhebel
ausgeführt werden, wobei an dem Schwinghebel 5 ein Hebelarm angeordnet wird,
der von der Stößelstange 9 oder anderen Einrichtungen in die entsprechende
Richtung beaufschlagt wird und der Kipphebel 2 im Bereich seines Drehgelenkes 7
abgewinkelt ist und Ventile 1 betätigt, deren Längsachse in einer entsprechend
anderen Richtung verlaufen.
Die Steuerwelle 11 kann durch einen elektrischen oder hydraulischen
Steuermotor angetrieben werden, wobei hierfür auch Stellzylinder eingesetzt
werden können, die über einen Hebel auf die Steuerwelle 11 eine Drehbewegung
übertragen. Durch die Anordnung einer Rückstellfeder an der Steuerwelle 11
können bei einem Energieausfall die Steuerwelle 11 der Hubventilsteuerungen auf
eine für den Antriebsbetrieb der Kraftmaschine geeignete Position gestellt werden.
Fig. 2 zeigt eine wechselseitig zu der Hubventilsteuerung der Fig. 1 zuschaltbare,
für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung der Kraftmaschine vorgesehene
Hubventilsteuerung, die, nachdem die den Kipphebel 2 im verbrennungs
motorischen Betrieb der Kraftmaschine antreibenden Antriebselemente der Fig. 1
deaktiviert sind, durch ihre auch während des Betriebes der Kraftmaschine mögliche
Aktivierung den Kipphebel 2 antreiben. Bei den nach dem Viertaktverfahren
arbeitenden Kraftmaschinen wird die Bremsleistung dadurch erhöht, dass über die
Hubventilsteuerungen die Einlass- und die Auslassventile Nocken mit zwei
Erhebungen angetrieben werden, wodurch mittels der Hubventilsteuerungen die
Ansaugluft im Zweitaktverfahren in ein gedrosseltes Abgassystem oder über ein
Drossel- und Rückschlagventil in einen Druckluftbehälter gepumpt wird und
hierdurch die Bremsleistung einer Kraftmaschine verdoppelt werden kann.
Die wechselseitig zuschaltbare Hubventilsteuerung weist einen von einer
Stößelstange 20 angetriebenen Schwinghebel 21 auf, dessen Drehgelenk 22 zu den
Drehgelenken 7 und 8 des in der Fig. 1 dargestellten Kipphebels 2 und
Schwinghebels 5 auf der gegenüberliegenden Seite der Stößelstange 20
angeordnet ist. Der Schwinghebel 21 kann auch sowohl von einem Nocken direkt
als auch über eine Nockenrolle oder von anderen Antriebseinrichtungen angetrieben
werden. Der Schwinghebel 21 greift über einen in der Steuerwelle 11 der Fig. 1
gelagerten Stößel 23 in eine mittels einer Verbreiterung bereitgestellte, kreisförmig
bei geschlossenen Ventilen 1 um die Drehachse der Steuerwelle 11 verlaufende
Kontaktfläche 24 des Kipphebels 2 der Fig. 1 ein und betätigt hierdurch die Ventile 1
der Fig. 1 an, wobei der Stößel 10 der Fig. 1 etwa in den Stellpunkt C gestellt ist,
wo der Kipphebel 2 nicht durch den Stößel 10 angetrieben wird. Bei dieser
Funktionsweise sind die Kontaktfläche 15 auf dem Achshalter 13 der Fig. 1 und die
Stellnase 16 auf dem Kipphebel 2 nicht vorhanden, da hier eine kontinuierliche
Öffnung der Ventile 1 nicht vorgesehen ist. Der Stößel 10 ist durch den Eingriff
seiner oberen Kontaktfläche in die Kontaktfläche 25 des das Drehgelenk 22 des
Schwinghebels 21 aufweisen Achshalters 26 gegen ein Herausfallen aus der
Steuerwelle 11 gesichert. Die feststehende Kontaktfläche 25 des Achshalters 26
weist wie die Kontaktfläche 24 des Kipphebels 2 eine kreisförmig um die Drehachse
der Steuerwelle 11 verlaufende Formgebung auf, so dass der Stößel 10 durch einen
gleitenden Eingriff von der Kontaktfläche 4 des Kipphebels 2 auf die Kontaktfläche
25 des Achshalters 26 keine axialen Bewegungen in der Steuerwelle 11 ausführt.
Die Längsachsen der beiden Stößel 10 und 23 sind zueinander um einen
Drehwinkel α versetzt angeordnet, wobei sich deren Längsachsen in der Drehachse
der Steuerwelle 11 schneiden. Auf dem Schwinghebel 21 schließt sich an die
kreisförmig nach innen gewölbte Kontaktfläche 27 die nach außen gewölbte,
kreisförmig um die Drehachse des Drehgelenkes 22 des Schwinghebels 21
verlaufende Kontaktfläche 28 an. Wird die Bremsleistung der Kraftmaschine nicht
mehr benötigt, wird der Stößel 23 durch eine im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung
der Steuerwelle 11 dadurch deaktiviert, dass die untere Kontaktfläche des Stößels
23 auf die Kontaktfläche 28 des Schwinghebels 21 gestellt wird, wobei durch die
hier nach außen gewölbte, kreisförmig um die Drehachse des Drehgelenkes 22
verlaufende Formgebung der Kontaktfläche 28 der Stößel 23 bereits am Beginn der
Kontaktfläche 28 keine axiale Bewegung in der Steuerwelle 11 ausführt. Um die sich
aus der Schwingbewegung des Schwinghebels 21 ergebende Gleitreibung zu
vermeiden, wird der Stößel 23 durch eine weitere Drehung der Steuerwelle 11 mit
seiner unteren Kontaktfläche auf die feststehende Kontaktfläche 29 des Achshalters
26 gestellt. Hierbei verlässt der Stößel 23 mit seiner oberen Kontaktfläche die
Kontaktfläche 24 des Kipphebels 2 und stellt sich auf die feststehende Kontaktfläche
30 des Achshalters 13, wodurch der Stößel 23 gegen ein Herausfallen aus der
Steuerwelle 11 gesichert wird. Durch diese Drehung der Steuerwelle 11 wird der
Stößel 10 der Fig. 1 aktiviert.
Ist der Stößel 23 deaktiviert, führt der Schwinghebel 21 die von dem Nocken über
die Stößelstange 20 auf ihn übertragenen Bewegungen mit Hilfe der Rückstellfeder
31 aus.
Fig. 3 zeigt eine Hubventilsteuerung mit der Funktionsweise der Fig. 2, bei der
die in der Fig. 2 angeordnete Rückstellfeder 31 dadurch entfallen kann, dass durch
eine Drehung der Steuerwelle 11 der Fig. 1 im Uhrzeigersinn der Stößel 32 mit
seiner oberen Kontaktfläche von der Kontaktfläche 24 des Kipphebels 2 auf die
spiralförmig nach innen gewölbte Kontaktfläche 33 des Achshalters 13 und
gleichzeitig mit seiner unteren Kontaktfläche von der Kontaktfläche 34 des
Schwinghebels 35 auf die ebenfalls spiralförmig nach innen gewölbte Kontaktfläche
36 eines mit dem Schwinghebel 35 verbundenen Stellhebels 37 gestellt wird. Indem
sich die Kontaktflächen 33 und 36 in dieser Verstellrichtung der Drehachse der
Steuerwelle 11 annähern, wird der Stößel 32 in der Steuerwelle 11 in der Richtung
bewegt, dass der Schwinghebel 35 mittels der hierdurch auf ihn übertragenen
Drehbewegung den direkt von dem Nocken 38 beaufschlagten Stößel 39 über die
Stößelstange 40, die mit dem Schwinghebel 35 und dem von dem Nocken 38 direkt
beaufschlagten Stößel 39 auch in der Zugrichtung verbunden ist, aus dem
Eingriffskreis des Nockens 38 zieht. Hierdurch deaktiviert sich der Schwinghebel 35,
wodurch auf die in der Fig. 2 dargestellte Rückstellfeder 31 verzichtet werden kann.
Mittels eines Stellarmes 37 können auch von Nocken direkt angetriebene
Schwing- oder Kipphebel aus dem Eingriffskreis der Nocken bewegt werden.
Fig. 4 zeigt eine im Kurbelgehäuse angeordnete Hubventilsteuerung, durch die
während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos verändert,
ein kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile
eingestellt und durch einen wechselseitigen Antrieb der Hubventilsteuerung durch
unterschiedliche Nocken die Ventile in unterschiedlichen Steuerprogrammen
betätigt werden können.
Die Ventile der Kraftmaschine werden von drei durch die Hubventilsteuerung
wechselseitig aktivierbaren Nocken 41, 42 und 43 betätigt, wodurch
unterschiedliche Bewegungsabläufe auf die Ventile übertragen werden können.
Hierbei treibt jeder Nocken 41, 42 und 43 einen eigenen, unteren Schwinghebel 44,
45 oder 46 an, wobei der Nocken 41 den Schwinghebel 44, der Nocken 42 den
Schwinghebel 45 und der Nocken 43 den Schwinghebel 46 antreibt. Es können zwei
oder auch mehrere Nocken mit ihren zugehörigen Schwinghebeln angeordnet
werden. Die Schwinghebel 44, 45 und 46 können von den Nocken 41, 42 und 43
direkt oder über Nockenrollen 47 angetrieben werden. Die Schwinghebel 44, 45 und
46 besitzen eine kreisförmige Kontaktfläche 48, wobei in die Kontaktfläche 48 des
Schwinghebels 44 der Stößel 49, in die Kontaktfläche 48 des Schwinghebels 45 der
Stößel 50 und in die Kontaktfläche 48 des Schwinghebels 46 der Stößel 51 mit ihrer
einen Kontaktfläche eingreifen. Die Stößel 49, 50 und 51 sind in der Steuerwelle 52
axial beweglich gelagert, wobei die Längsachsen der Stößel 49, 50 und 51 die
Drehachse der Steuerwelle 52 durchlaufen und zueinander um den Drehwinkel β
zueinander versetzt in der Steuerwelle 52 angeordnet sind. Hierbei können die
Drehwinkel β auch eine unterschiedliche Größe aufweisen. Mit ihrer anderen
Kontaktfläche greifen die Stößel 49, 50 und 51 wechselseitig in die zu den
Kontaktflächen 48 der Schwinghebel 44, 45 und 46 entgegen gerichtete
Kontaktfläche 54 des Schwinghebels 53 ein, wobei die Betätigung der in dem
Zylinderkopf angeordneten Ventile nur über eine einen Kipp- Schwing- oder
Winkelhebel antreibende Stößelstange 55 erfolgt.
Die Schwinghebel 44, 45 und 46 weisen in dem Bereich ihres Drehgelenkes 56
eine nach außen gewölbte, kreisförmig um die Drehachse des Drehgelenkes 56
verlaufende Kontaktfläche 57 auf, wobei hier als Fortsetzung der Kontaktfläche 57
auf dem Achshalter 59, der die Lagerung der zu den Schwinghebeln 44, 45 und 46
gehörenden Drehgelenke 56 sowie des zu dem Schwinghebel 53 gehörenden
Drehgelenkes 58 aufweist, eine nach innen gewölbte, kreisförmig um die Drehachse
der Steuerwelle 52 verlaufende Kontaktfläche 60 angeordnet ist. Der Schwinghebel
53 weist eine sich an die Kontaktfläche 54 über eine s-förmige Kontaktfläche 61 sich
anschließende Kontaktfläche 62 auf, die nach innen gewölbt, kreisförmig in dem
Radius der sich an die Kontaktfläche 62 anschließenden Kontaktfläche 60 des
Achshalters 58 verläuft. In dem Bereich der Kontaktflächen 57, 60 und 62 führen die
hier eingreifenden Stößel 49, 50 und 51 keine axiale Bewegung aus. Während eines
kontinuierlichen Schließens der Ventile sind während des Betriebes der
Kraftmaschine die unteren Kontaktflächen der Stößel 49, 50 und 51 auf die
Kontaktfläche 60 gestellt, um die sich durch die Schwingbewegung der
Schwinghebel 44, 45 und 46 ergebende Gleitreibung zu vermeiden. Gleichzeitig
wird durch den Eingriff der unteren Kontaktflächen der Stößel 49, 50 und 51 ein
Herausfallen der Stößel 49, 50 und 51 aus der Steuerwelle 52 verhindert, wobei die
oberen Kontaktflächen der Stößel 49, 50 und 51 durch an dem Halter 63 befestigte
Blattfedern 64 gesichert sind. Die Blattfedern 64 sind an ihren Enden derart geformt,
dass ein Hinauf- und Hinuntergleiten der Stößel 49, 50 und 51 zwischen den
Blattfedern 64 und den Kontaktflächen 48 und 54 der Schwinghebel 44, 45, 46 und
53 sowohl während des Betriebes der Kraftmaschine als auch während ihres
Stillstandes gewährleistet ist.
Um die Anordnung der Blattfedern 64 zu umgehen, können die Stößel 41, 42 und
43 durch an den Enden der Stößel 49, 50 und 51 angeordnete Sicherungsstifte
gehalten sein.
Für den Antriebsbetrieb der Kraftmaschine können durch eine entsprechende
Gestaltung und Anordnung der Nocken 41, 42 und 43 eine Veränderung der
Ventilhublänge, der Ventilöffnungsdauer und deren Phasenverschiebung erzielt
werden. Werden alle drei Nocken 41, 42 und 43 für den Antriebsbetrieb der
Kraftmaschine eingesetzt, wird, um durch eine Drehbewegung der Steuerwelle 52
eine weitgehend kontinuierliche Verlängerung des Hubes und der Öffnungsdauer
der Ventile zu erzielen, der Stößel 49 über den Schwinghebel 44 von dem Nocken
41 mit der kleinsten Hublänge und der kürzesten Öffnungsdauer, der Stößel 50 über
den Schwinghebel 45 von dem Nocken 42 mit einer mittleren Hublänge und
Öffnungsdauer sowie der Stößel 51 über den Schwinghebel 46 von dem Nocken 43
mit der größten Hublänge und der längsten Öffnungsdauer angetrieben. Durch
diese Anordnung wird durch eine Drehung der Steuerwelle 52 im Uhrzeigersinn der
Ventilhub neben einer nacheinander erfolgenden Aktivierung entsprechender
Nocken auch dadurch verlängert, dass die Stößel 49, 50 und 51 sich mit ihrer einen
Kontaktfläche von der Kontaktfläche 60 nacheinander über die Kontaktflächen 57
auf die Kontaktflächen 48 der Schwinghebel 44, 45 und 46 stellen und sich hierbei
auf den Schwinghebeln 44, 45 und 46 von dem Drehgelenk 56 der Schwinghebel
44, 45 und 46 entfernen sowie sich mit ihrer anderen Kontaktfläche auf die
Kontaktfläche 54 des Schwinghebels 53 stellen und sich hierbei auf dem
Schwinghebel 53 dem Drehgelenk 58 des Schwinghebels 53 annähern.
Werden hier auch die maximalen Erhebungspunkte der Nocken 41, 42 und 43 auf
der Nockenwelle 65 um einen Drehwinkel versetzt angeordnet, können
Phasenverschiebungen der Ventilbetätigung erfolgen.
Um mittels dieser Hubventilsteuerung eine kontinuierliche Öffnung der Ventile
einzustellen, wird die von dem Stößel 49 beaufschlagte Kontaktfläche 60 mit einer
Stellnase versehen, wobei die Stößelstange 55 über einen entsprechend
verlängerten Schwinghebel 53 betätigt wird und die Ventile kontinuierlich geöffnet
werden, wenn der Stößel 49 auf die Stellnase der Kontaktfläche 60 gestellt wird. Der
Stößel 49 ist für die Herstellung einer kontinuierlichen Öffnung der Ventile
vorgesehen, da dieser mit der kleinsten Hublänge als letzter auf die Kontaktfläche
60 gestellt wird.
Für die Herstellung einer Bremsleistung, die durch eine Drucklufterzeugung nach
dem Zweitaktverfahren erfolgt, werden bei einer nach dem Viertaktverfahren im
verbrennungsmotorischen Betrieb arbeitenden Kraftmaschine die Einlass- und die
Auslassventile für die Bremsleistung jeweils von einem Nocken 41 mit zwei
Erhebungen und für den verbrennungsmotorischen Betrieb jeweils von einem
Nocken 42 mit einer Erhebung betätigt, wobei die Nocken 41 und 42 mittels der
Hubventilsteuerungen wechselseitig aktiviert werden. Werden ein Druckbehälter für
die Speicherung der durch die Bremsleistung erzeugten Druckluft und auch ein
hierdurch ermöglichter druckluftmotorischer Betrieb der Kraftmaschine vorgesehen,
werden die Einlass- und die Auslassventile für einen nach dem Zweitaktverfahren
erfolgenden druckluftmotorischen Betrieb dieser Kraftmaschine durch einen
weiteren, ebenfalls zwei Erhebungen aufweisenden Nocken 43 betätigt, wobei der
Nocken 43 nach der durch die Hubventilsteuerungen erfolgenden Deaktivierung der
Nocken 41 und 42 durch die Hubventilsteuerungen aktiviert wird.
Weiterhin kann durch eine wechselseitige Aktivierung zweier Nocken 41 und 42
durch die Hubventilsteuerungen eine Umsteuerung von im Viertaktverfahren
arbeitenden Kraftmaschinen hergestellt werden, wobei etwa bei Schiffsantriebs
maschinen das für eine Rückwärtsfahrt notwendige Wendegetriebe entfallen kann.
Wenn eine minimale Ventilhublänge oder eine kontinuierliche Öffnung der Ventile
eingestellt ist, wird die von den Ventilfedern erzeugte Anpresskraft von der
Stößelstange 55 über den Schwinghebel 53 und die Stößel 49, 50 und 51 nicht oder
zu stark abgeschwächt auf die Schwinghebel 44, 45 und 46 übertragen. Um hierbei
den Schwinghebeln 44, 45 und 46 zu ermöglichen, den von den Nocken 41, 42 und
43 erzeugten Bewegungen zu folgen, ist an jedem Schwinghebel 44, 45 und 46 eine
Rückstellfeder 66 angeordnet. Nach dem Prinzip der Hubventilsteuerung gemäß
Fig. 3 können die Schwinghebel 44, 45 und 46 Stellarme aufweisen, wodurch die
Nockenrollen 47 der Schwinghebel 44, 45 und 46 durch einen mittels der Stößel 49,
50 und 51 in die Stellarme erfolgenden Eingriff aus dem Eingriffskreis der Nocken
41, 42 und 43 gestellt werden.
Die Stößel 49, 50 und 51 können als Ventilspiel-Ausgleichselement ausgebildet
sein, wobei die als hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement ausgebildeten
Stößel 49, 50 und 51 über eine axiale Bohrung 67 in der Steuerwelle 52 mit dem
erforderlichen Drucköl versorgt werden können.
Es können auch mehrere die Ventile über eine Stößelstange oder direkt
betätigende Schwinghebel 53 angeordnet werden, die von einem eigenen Stößel
49, 50 oder 51 angetrieben werden, wodurch nacheinander Ventile mit einer sich
vergrößernden Ventilhublänge und unterschiedlichen Öffnungszeiten betätigt
werden können.
Die Hubventilsteuerung der Fig. 4 kann auch in einem Zylinderkopf eingesetzt
werden. Hierzu wird die Hubventilsteuerung über Kopf angeordnet, wobei der
Schwinghebel 53 direkt ein oder mehrere Ventile antreibt. Ist hierbei ein
kontinuierliches Schließen oder eine kontinuierliche Öffnung der Ventile eingestellt,
legen sich die von den Nocken 41, 42 und 43 direkt angetriebenen Schwinghebel
44, 45 und 46 mit ihren Nockenrollen 47 von den Nocken 41, 42 und 43 sowie durch
die Schwerkraft angetrieben auf der Steuerwelle 52 ab, so dass die Nockenrollen 47
der Schwinghebel 44, 45 und 46 aus dem Eingriffsbereich der Nocken 41, 42 und
43 gestellt sind und hierdurch auf die Anordnung von Rückstellfedern 66 verzichtet
werden kann.
Fig. 5 und 6 zeigen eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung mit
einer Doppelsteuerwelle 68169, durch die zwei Gruppen von Ventilen 70, in Fig. 5
dargestellt, und 71, in Fig. 6 dargestellt, unabhängig voneinander während des
Betriebes der Kraftmaschine derart gesteuert werden, dass nach einem
kontinuierlichen Schließen aller Ventile 70 und 71 z. B. zuerst die Ventile 70 der
ersten Gruppe mit einer sich stufenlos vergrößernden Hublänge geöffnet werden,
wonach ab einer vorgegebenen Hublänge der ersten Gruppe die Ventile 71 der
zweiten Gruppe mit einer sich stufenlos vergrößernden Hublänge geöffnet werden.
Diese Steuerungsart läßt sich sowohl bei den Einlassventilen als auch bei den
Auslassventilen in vorteilhafter Weise einsetzen.
Bei Kraftmaschinen mit mehreren Einlassventilen wird durch diese
Hubventilsteuerung eine drosselfreie Laststeuerung in vorteilhafter Weise dadurch
ermöglicht, dass bei der Inbetriebnahme, im Leerlauf und unteren Drehzahlbereich
dar Kraftmaschine nur ein Einlassventil oder nur eine erste Gruppe von
Einlassventilen 70 mit einer angepassten Hublänge geöffnet werden und durch die
hier stattfindende, verstärkte Verwirbelung der in den Zylinder strömenden
Ansaugluft insbesondere bei niedrigen Temperaturen ein besseres Startverhalten,
bei allen vorkommenden Temperaturen eine Absenkung der Leerlaufdrehzahl und in
den unteren Drehzahl- und Leistungsbereichen ein höherer Wirkungsgrad erzielen
lassen. Erreicht die Kraftmaschine höhere Drehzahl- und Leistungsbereiche, werden
das zweite Einlassventil oder die Einlassventile der zweiten Gruppe 71 mit stufenlos
den Drehzahl- und Leistungsbereichen angepasster Hublänge geöffnet. Hierbei
können für das erste Einlassventil oder für die erste Gruppe von Ventilen 70 ein für
die niedrigen Drehzahlen vorteilhaft langer Ansaugkanal und für das zweite
Einlassventil 71 oder die zweite Gruppe von Einlassventilen 71 für die oberen
Drehzahlbereiche ein hier vorteilhaft kürzerer Ansaugkanal vorgesehen werden.
Weiterhin können das erste Einlassventil oder die erste Gruppe von Einlassventilen
auch einen kleineren Ventilteller als das zweite Einlassventil oder die zweite Gruppe
von Einlassventilen 71 aufweisen.
Für eine Erhöhung der Bremsleistung der Kraftmaschine wird, während die
Einlass- und Auslassventile 71 für den verbrennungsmotorischen Betrieb ihre
Hubbewegungen ausführen, nach dem Betätigen des Bremspedals bei einem
Auslassventil 70 eine kontinuierliche Öffnung mit einer geringen Hublänge
eingestellt, wobei mittels der hier erfolgenden Luftverwirbelung eine Verminderung
der Kompression während des Kompressionstaktes und mittels einer im
Abgassystem eingeschalteten Drosselklappe durch die hier erfolgende
Druckerhöhung eine erhöhte Bremsleistung erzielt wird. Durch dieses mittels der
Hubventilsteuerung betätigte Auslassventil 70 wird ein oftmals für die Erhöhung der
Bremsleistung zusätzlich angeordnetes, auf pneumatische oder hydraulische Weise
angetriebenes Ventil, das einen Bypass zu den Auslassventilen herstellt, in
einfacher Weise eingespart.
Für eine Zylinderabschaltung kann durch die Hubventilsteuerung eine stufenlos
erfolgende Reduzierung der Ventilhublänge bis zur Herstellung eines
kontinuierlichen Schließens der Einlass- und Auslassventile 70 und 71 in zwei
Schritten erfolgen, wobei zwei Gruppen von Einlass- und Auslassventilen 70 und 71
nacheinander einem kontinuierlichen Schließen zugeführt werden, wodurch ein
sanfter Vorgang der Zylinderabschaltung erzielt wird. Werden die Einlass- und
Auslassventile 70 und 71 aus dieser Position in umgekehrter Weise angesteuert,
kann hierdurch ein sanfter Vorgang der Zylindereinschaltung erzielt werden. Für den
Antrieb der zwei Gruppen von Einlass- und Auslassventilen 70 und 71 sind zwei
entsprechend ausgebildete Kipphebel 72 in Fig. 5 und 73 in Fig. 6 vorgesehen, die
für den Antrieb der Ventilgruppen 70 und 71 an ihrem rechten Arm etwa durch eine
Gabelung in entsprechender Anzahl Kontaktflächen 74 aufweisen.
Die Außenwelle 68 und die Innenwelle 69 werden durch Stellmotoren oder
Stellzylinder unabhängig voneinander angetrieben, wobei auch Rückstellfedern
angeordnet werden können, die im Falle eines Energieausfalles die Außenwelle 68
und die Innenwelle 69 der Hubventilsteuerungen auf eine für die Antriebsleistung
der Kraftmaschine geeignete Stellposition bewegen.
Der in der Fig. 5 dargestellte, die Ventilgruppe 70 betätigende Kipphebel 72 wird
von dem Stößel 75 und der in der Fig. 6 dargestellte, die Ventilgruppe 71
betätigende Kipphebel 73 wird von dem Stößel 76 angetrieben, wobei beide Stößel
75 und 76 von dem Schwinghebel 77 angetrieben werden. Der Schwinghebel 77
kann über eine Stößelstange 78, von einem Nocken direkt oder über eine
Nockenrolle angetrieben werden.
Die Außenwelle 68 der Steuerwelle 68169, als Hohlwelle ausgebildet, die eine
zylindrische Innenfläche aufweist, ist auf der massiven Innenwelle 69 drehbar
gelagert. Während der Stößel 75 der Fig. 5 in der Außenwelle 68 axial beweglich
gelagert ist, ist der Stößel 76 der Fig. 6 in der Innenwelle 69 axial beweglich
gelagert. Um zu ermöglichen, dass der Stößel 75 zusammen mit der Außenwelle 68
eine Drehbewegung trotz einer stillstehenden Innenwelle 69 ausführen kann, weist
die Innenwelle 69 im Drehbereich des Stößels 75 eine x-förmige Ausnehmung 79
auf. Um zu ermöglichen, dass der Stößel 76 zusammen mit der Innenwelle 69 eine
Drehbewegung trotz einer stillstehenden Außenwelle 68 ausführen kann, weist die
Außenwelle 68 im Drehbereich des Stößels 76 Schlitze 80 auf. Während der
Kipphebel 72 der Fig. 5 und der Kipphebel 73 der Fig. 6 eine kreisförmige
Kontaktfläche 81 aufweisen, weist der Schwinghebel 77 eine entgegen gerichtete,
kreisförmige Kontaktfläche 82 auf. Hierbei greifen die Stößel 75 und 76 mit ihrer
einen Kontaktfläche in die Kontaktfläche 82 des Schwinghebels 77 ein, wobei der
Stößel 75 mit seiner anderen Kontaktfläche in die Kontaktfläche 81 des Kipphebels
72 und der Stößel 76 mit seiner anderen Kontaktfläche in die Kontaktfläche 81 des
Kipphebels 73 eingreifen. Die Drehgelenke 83 der beiden Kipphebel 72 und 73
liegen über dem Drehgelenk 84 des Schwinghebels 77 und sind in dem Achshalter
85 angeordnet.
Werden die Außenwelle 68 oder die Innenwelle 69 im Uhrzeigersinn gedreht, wird
die Hublänge der Ventilgruppen 70 oder 71 vergrößert, wenn die Stößel 75 und 76
mit ihren Kontaktflächen in die Ausnehmungen 81 und 82 eingreifen. Mit einer
Drehung der Außenwelle 68 oder der Innenwelle 69 gegen den Uhrzeigersinn
verkleinert sich die Hublänge der Ventilgruppen 70 und 71. Bei der Ventilgruppe 70
oder 71 wird ein kontinuierliches Schließen eingestellt, wenn die untere
Kontaktfläche der Stößel 75 oder 76 auf die kreisförmig nach außen gewölbte, um
die Drehachse des Drehgelenkes 84 verlaufende Kontaktfläche 86 des
Schwinghebels 77 und hiernach weiter auf die nach innen gewölbte, kreisförmig um
die Drehachse der Doppelsteuerwelle 68169 verlaufenden Kontaktfläche 87 des
Achshalters 85 gestellt ist, wobei die von der Schwingbewegung des Schwinghebels
71 herrührende Gleitreibung vermieden wird, wenn die Kontaktflächen der Stößel 75
und 76 auf die feststehende Kontaktfläche 87 des Achshalters 85 gesteift sind.
Um eine kontinuierliche Öffnung der Ventilgruppen 70 oder 71 zu erzielen,
werden die unteren Kontaktflächen der Stößel 75 oder 76 auf eine sich an die
Kontaktfläche 87 des Achshalters 85 anschließende, in den Achshalter 85
eingearbeitete Stellnase 88 gestellt, wobei durch ein entsprechendes Gleiten der
Stößel 75 und 76 auf der Stellnase 88 die Hublänge der kontinuierlichen Öffnung
der Ventilgruppen 70 und 71 stufenlos eingestellt werden kann. Da mit sich
verkleinernder Ventilhublänge die von den Ventilfedern 89 erzeugte Anpresskraft
über die Kipphebel 70 und 71 sowie nachfolgend über die Stößel 75 und 76 auf den
Schwinghebel 77 immer weiter abgeschwächt übertragen wird und da ab einer
Ventilhublänge keine oder eine nicht mehr eine ausreichende Kraft auf den
Schwinghebel 77 ausgeübt wird, duch welche es dem Schwinghebel 77 ermöglicht
wird, den von dem Nocken erzeugten Bewegungen zu folgen, ist an dem
Schwinghebel 77 eine Rückstellfeder 90 angeordnet.
Soll für die Ventilgruppen 70 und 71 ein voneinander abweichender
Bewegungsablauf auch mit einer unterschiedlichen Öffnungsdauer und
Öffnungsphase vorgesehen werden, kann jeder der beiden Kipphebel 72 und 73
von einem eigenen Schwinghebel 77 angetrieben werden, wobei die Schwinghebel
77 von Nocken mit einer unterschiedlichen Form und mit einer unterschiedlichen
Drehwinkelposition auf der Nockenwelle über Stößelstangen 78 oder direkt
angetrieben werden können.
Fig. 7 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, durch die
während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos verändert,
ein kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile
eingestellt werden können.
Für die Betätigung der Ventile 91 weist die Hubventilsteuerung einen Kipphebel
92 auf, der an seinem einen Ende die Kontaktfläche 93 für die Betätigung der
Ventile 91 und auf seiner anderen Seite eine nach unten gerichtete, geradlinige
Kontaktfläche 94 besitzt. Unter dem Kipphebel 92 ist ein Schwinghebel 95 mit einer
nach oben gerichteten, geradlinigen Kontaktfläche 96 angeordnet, dessen
Drehgelenk 97 unter dem Drehgelenk 98 des Kipphebels 92 im Bereich der
Kontaktfläche 94 des Kipphebels 92 angeordnet ist. Der Schwinghebel 95 wird von
einer Stößelstange 99 angetrieben, wobei der Schwinghebel 95 einen in einer
zwischen den Kontaktflächen 94 und 96 angeordneten Schubstange 100, axial
beweglich gelagerten Stößel 101 antreibt, der mit seiner unteren Kontaktfläche in
die Kontaktfläche 96 des Schwinghebels 95 eingreift, mit seiner oberen
Kontaktfläche in die Kontaktfläche 94 des Kipphebels 92 eingreift und hierdurch den
Kipphebel 92 antreibt, der die Ventile 91 betätigt. Die Längsachse der Schubstange
100 verläuft in der Ebene, in der auch die Längsachsen des Kipphebels 92 und des
Schwinghebels 95 verlaufen. Der Schwinghebel 95 kann auch von unten von einem
Nocken direkt oder über eine Nockenrolle angetrieben werden. Die Schubstange
100, in einfacher Weise aus einem Rundprofil hergestellt, ist in dem Achshalter 102
des Drehgelenkes 97 und in dem Achshalter 103 des Drehgelenkes 98
längsbeweglich gelagert. Die Schubstange 100 wird in dem Achshalter 103 durch
eine Längsverzahnung oder durch Passfedern drehfest gehalten. Um die Länge des
Ventilhubes zu verändern, greift eine an einem Kurbelarm 104 einer Kurbelwelle
105 befestigte Exzenterscheibe 106 mit einem oder ohne einen Gleitstein in eine an
der Schubstange 100 befestigte Kurbelschleife 107 ein, wobei durch eine
Drehbewegung der Kurbelwelle 105 eine Längsbewegung der Schubstange 100
bewirkt wird. Da die Kurbelwelle 105 nur einen Drehwinkel von maximal 70°
ausführt, kann die Kurbelwelle 105 geradlinig ohne Kröpfungen, in einfacher Weise
aus einem Rundprofil hergestellt werden. Da das Drehgelenk 98 des Kipphebels 92
und das Drehgelenk 97 des Schwinghebels 95 beiderseitig zu der Längsachse des
Stößels 101 angeordnet ist und sich der Stößel 101 während eines
Verstellvorganges mit seiner oberen und unteren Kontaktfläche in einer gleichen
Richtung bewegt, werden die wirksamen Hebel des Kipphebels 92 und des
Schwinghebels 95 hierbei gegensätzlich in ihrer Länge verändert, wodurch für die
Veränderung der Ventilhublänge von dem maximalen Ventilhub bis zu dem
kontinuierlichen Schließen der Ventile 91 nur ein kurzer Verstellweg der
Schubstange 100 benötigt wird. Sind die Ventile 91 geschlossen und ist die
Kontaktfläche 93 des Kipphebels 92 zu den Ventilen 91 etwa durch einen Spion in
dem Abstand des vorgegebenen Ventilspieles positioniert, bewegt sich der Stößel
101 in dem Verstellbereich von der maximalen Ventilhublänge bis zu dem
kontinuierlichen Schließen der Ventile 91 mit seinen beiden Kontaktflächen entlang
der geradlinigen Kontaktflächen 94 und 96, wodurch keine Hubbewegung der
Ventile 91 bewirkt wird. Wenn das vorgegebene Ventilspiel wieder hergestellt ist,
bleibt dieses in dem Verstellbereich von der maximalen Ventilhublänge bis zu dem
kontinuierlichen Schließen der Ventile 91 konstant.
Der Verstellweg der Schubstange 100 ist durch die Stellpunkte A-D unterteilt.
Bewegt sich der Eingriffspunkt des Stößels 101 auf der Kontaktfläche 96 des
Schwinghebels 95 von dem Stellpunkt A in die Richtung des Stellpunktes C, wird
die Ventilhublänge verkürzt. Hierbei sind in dem Stellpunkt A die maximale
Ventilhublänge, in dem Stellpunkt B eine mittlere Ventilhublänge und in dem Bereich
des Stellpunktes C ein kontinuierliches Schließen der Ventile 91 eingestellt. In dem
Bereich des Stellpunktes C schließt sich an die geradlinige Kontaktfläche 96 des
Schwinghebels 95 auf dem Schwinghebel 95 eine nach außen gewölbte, kreisförmig
um die Drehachse des Drehgelenkes 97 verlaufende Kontaktfläche 108 an. An die
Kontaktfläche 108 schließt sich eine in den Achshalter 102 des Drehgelenkes 97
eingearbeitete, parallel zur Längsachse der Schubstange 100 verlaufende
Kontaktfläche 109 an, wobei der mit seiner unteren Kontaktfläche auf die
Kontaktflächen 108 oder 109 gestellte Stößel 101 keine Aalbewegung während
der Schwingbewegung des Schwinghebels 95 ausführt und somit die Ventile 91
nicht betätigt werden. Ist der Stößel 101 auf die feststehende Kontaktfläche 109 des
Achshalters 102 gestellt, wird die von der Schwingbewegung des Schwinghebels 95
herrührende, auf den Stößel 101 einwirkende Gleitreibung vermieden. In dem
Bereich des Stellpunktes D wird durch die sich an die Kontaktfläche 109
anschließende Stellnase 110 eine kontinuierliche Öffnung der Ventile 91 dadurch
erzeugt, dass der Stößel 101 durch ein Hinaufgleiten auf die Stellnase 110 eine
aufwärtsgerichtete axiale Bewegung in der Schubstange 100 ausführt, wodurch der
Kipphebel 92 die Ventile 91 öffnet. Durch eine Veränderung der Position des
Stößels 100 auf der Stellnase 110 kann die Hublänge der kontinuierlichen Öffnung
der Ventile 91 stufenlos eingestellt werden. Durch den gleichzeitigen Eingriff des
Stößels 101 in die auf dem Kipphebel 92 angeordnete Stellnase 111 wird die
Hublänge der kontinuierlichen Öffnung der Ventile 91 vergrößert. Die Herstellung
einer kontinuierlichen Öffnung der Ventile 91 kann auch nur durch eine der
Stellnasen 110 oder 111 erfolgen. Da mit sich verkleinerndem Ventilhub die von der
Ventilfeder 112 erzeugte Kraft sich auf den Schwinghebel 95 immer weiter
abgeschwächt überträgt und da ab einer Ventilhubgröße keine oder eine nicht mehr
ausreichende Kraft auf den Schwinghebel 95 ausgeübt wird, durch welche der
Schwinghebel 95, die Stößelstange 99 und der von dem Nocken direkt angetriebene
Stößel genügend angepresst werden, um die von dem Nocken erzeugten
Bewegungen ausführen zu können, ist an dem Schwinghebel 95 eine Hilfsfeder 113
angeordnet.
Wird eine kontinuierliche Öffnung der Ventile 91 nicht gefordert, entfallen die
Stellnasen 110 und 111.
Um die Anordnung einer 113 Rückstellfeder zu vermeiden, kann an dem
Schwinghebel 95 ein Stellarm angeordnet sein, durch den der Schwinghebel 95, der
hier auch in der Zugrichtung über die Stößelstange 99 mit dem von dem Nocken
direkt angetriebenen Stößel verbunden ist, über die Stößelstange 99 den von dem
Nocken direkt angetriebenen Stößel aus dem Eingriffskreis des Nockens zieht,
wenn der Stößel 101 in die nach oben weisende Kontaktfläche des Stellarmes
eingreift. Hierbei entfällt die Kontaktfläche 109 und die Stellnase 110 des
Achshalters 102.
Der Stößel 101 kann als Ventilspiel-Ausgleichselement ausgebildet sein, wobei
bei dem Einsatz eines als hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement
ausgeführten Stößels 101 der Stößel 101 über eine Längsbohrung in der
Schubstange 100 mit Drucköl versorgt wird und das Drucköl hierbei über eine
flexible Leitung in die Schubstange 100 geleitet werden kann. Das Drucköl kann
auch über einen in dem Achshalter 102 eingebrachten Kanal mittels einer
beiderseitig abgedichteten Lagerstelle des Achshalters 102 und einer sich hier
anschließenden radialen Bohrung der Schubstange in die axiale Bohrung der
Schubstange 100 eingespeist werden. Die beiderseitig abgedichtete Lagerstelle in
dem Achshalter 102 darf keine Einrichtungen für Herstellung der Drehfestigkeit der
Schubstange 100 aufweisen, um ein kompliziertes Dichtungssystem zu vermeiden.
Fig. 8 zeigt eine wechselseitig zu der Hubventilsteuerung der Fig. 7 zuschaltbare,
Hubventilsteuerung, die für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung der
Kraftmaschine vorgesehen ist. Hierzu wird durch eine Drehung der Kurbelwelle 105
der während des - verbrennungsmotorischen Betriebes der Kraftmaschine den
Kipphebel 92 antreibende Stößel 101 der Fig. 7 deaktiviert und gleichzeitig der auch
in der Schubstange 100 der Fig. 7 axial beweglich gelagerte Stößel 114 aktiviert,
wodurch der Kipphebel 92 nun von dem Stößel 114 über eine
Kontaktflächenverbreiterung 115 des Kipphebels 92 angetrieben wird. Bei einer
nach dem Viertaktverfahren im verbrennungsmotorischen Betrieb arbeitenden
Kraftmaschine wird die Bremsleistung der Kraftmaschine mittels der
Hubventilsteuerung dadurch erhöht, dass die Ansaugluft im Zweitaktverfahren durch
die entsprechend gesteuerten Einlass- und Auslassventile 91 der Fig. 7 angesaugt
und in ein gedrosseltes Abgassystem oder in einen Druckluftbehälter gepumpt wird.
Hierzu besitzt die zusätzliche, wechselseitig zuschaltbare Hubventilsteuerung einen,
von der Stößelstange 116 angetriebenen Schwinghebel 117, dessen Drehgelenk
118 zu dem Drehgelenk 97 des Schwinghebels 95 der Fig. 7 horizontal in die
Richtung des Achshalters 103 der Fig. 7 versetzt und in diesem angeordnet ist. Die
Stößelstange 116 wird von einem Nocken mit zwei Erhebungen angetrieben, so
dass bei einer 1 : 2 untersetzten Nockenwelle bei jedem zweiten Kolbenhub eine
Betätigung der Ventile 91 der Fig. 7 herbeigeführt wird. Da hierbei der Stößel 114 in
der Längsrichtung und Querrichtung zu dem Stößel 101 der Fig. 7 versetzt in der
Schubstange 100 der Fig. 7. angeordnet ist, ist die Schubstange 100 in vorteilhafter
Weise aus einem Flachprofil hergestellt und in den Achshaltern 102 und 103 der
Fig. 7 axial beweglich gelagert. Für die Erzielung einer Bremsleistung wird mittels
der Schubstange 100 für den Antrieb der Ventile 91 der Stößel 114 auf den
Schwinghebel 117 gesteift, wobei gleichzeitig der Stößel 101 der Fig. 7 auf die
feststehende Kontaktfläche 109 des Achshalters 102 der Fig. 7 gestellt wird.
Die für eine kontinuierliche Öffnung der Ventile 91 in den Achshalter 102
eingearbeitete Stellnase 110 und in den Kipphebel 92 eingearbeitete Stellnase 111
der Fig. 7 sind hierbei nicht vorhanden.
Wird die Kraftmaschine wieder auf den verbrennungsmotorischen Betrieb
umgeschaltet, werden beide Stößel 101 und 114 mittels der Schubstange 100 in die
Richtung des Achshalters 103 bewegt, wodurch der Stößel 101 wieder auf die
Kontaktfläche 96 des Schwinghebels 95 gestellt wird und hierdurch die Ventile 91
betätigt, während der Stößel 117 auf die nach innen gewölbte Kontaktfläche 119
des mit dem und Schwinghebel 117 verbundenen Stellarmes 120 gestellt wird und
hierbei der von dem Nocken direkt beaufschlagte Stößel aus dem Eingriffskreis des
Nockens gezogen wird, wobei die Stößelstange 116 auch in der Zugrichtung mit
dem Schwinghebel 117 und dem von dem Nocken direkt beaufschlagten Stößel
verbunden ist. Hierbei greift der Stößel 114 mit seiner oberen Kontaktfläche in eine
als Widerlager dienende, sich an die Kontaktflächenverbreiterung 115 des
Kipphebels 92 anschließende, mit dem Achshalter 103 der Fig. 7 verbundene,
Kontaktfläche 121 ein, um den Stellarm 120 während der Stellbewegung mit seiner
unteren Kontaktfläche hinunterdrücken zu können.
Kann die Stößelstange 116, wie üblich, nur Druckkräfte übertragen, ist an dem
Schwinghebel 117 eine Rückstellfeder anzuordnen.
Der Schwinghebel 117 kann auch direkt von einem Nocken oder eine Nockenrolle
angetrieben werden.
Die Funktionen der mittels einer Steuerwelle einzustellenden Hubventilsteuerung
der Fig. 4 können auch, wie in der Fig. 7 und 8 dargestellt, durch eine
Schubstangen aufweisende Hubventilsteuerung durchgeführt werden, die in einem
Kurbelgehäuse angeordnet ist.
Die Hubventilsteuerung besitzt, um die Anordnung mehrerer Schubstangen 100
zu vermeiden, eine Schubstange 100, die aus einem Flachprofil hergestellt ist, auf
der entsprechend der an die Hubventilsteuerung gestellten Aufgaben die
notwendigen Stößel 101 sowohl in Längs- als auch in Querrichtung versetzt
angeordnet sind, wobei jeder Stößel 101 sowohl von einem über Stößelstangen 99
als auch über direkt von Nocken oder anderen Antriebseinrichtungen angetriebene
Schwinghebel 95 angetrieben wird und die Stößel 101 selbst einen oder mehrere
Kipp- oder Schwinghebel 92 antreiben.
Weist die Kraftmaschine eine größere Anzahl in einer Reihe angeordneter Ventile
91 mit gleichzeitigen Verstellbewegungen auf, können die Stößel 101 statt in
einzelnen Schubstangen 100 angeordnet, auch auf einer gemeinsamen Platte
angeordnet sein, wobei die Platte rechtwinklig zu den Drehachsen der Kipp- und
Schwinghebel 92 und 95 verstellbar ist.
Hubventilsteuerungen mit unterschiedlichen Steuerprogrammen, deren
Schubstangen 100 etwa parallel in einer Ebene angeordnet sind, können durch
mehrere Kurbelwellen 105 auf die Weise eingestellt werden, dass die Schubstangen
100 entsprechend ihres Steuerprogramms Kurbelschleifen 107 aufweisen, die zum
einen nach oben geöffnet und zum anderen nach unten geöffnet sind, wobei
mindestens zwei parallel verlaufende Kurbelwellen 105 mit ihren an den
Kurbelarmen 104 befestigten Exzenterscheiben 106 einerseits von oben und
anderseits von unten mit einem oder ohne einen Gleitstein in die Kurbelschleifen
107 der Schubstangen 100 eingreifen.
Die hierbei unabhängig voneinander anzutreibenden Kurbelwellen 105 der
Hubventilsteuerungen werden durch Stellmotoren oder Stellzylinder angetrieben,
wobei auch Rückstellfedern angeordnet werden können, welche die Kurbelwellen
105 bei einem Energieausfall auf eine für den verbrennungsmotorischen Betrieb der
Kraftmaschine geeignete Stellposition bewegen.
Fig. 9 zeigt eine im Kurbelgehäuse angeordnete Hubventilsteuerung, durch die
während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos verändert,
ein kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile
eingestellt werden können.
Für die Betätigung der Ventile 122 weist die Hubventilsteuerung einen
Schwinghebel 123 auf, der auf seiner Unterseite direkt oder über eine Nockenrolle
von einem Nocken 124 angetrieben wird. Auf seiner Oberseite besitzt der
Schwinghebel 123 eine nach innen gewölbte, kreisförmige Kontaktfläche 125, in die
ein über einen Gelenkpunkt 126 mit dem Stellhebel 127 verbundener Gleitstein 128
mit einer zylindrischen Kontaktfläche 129 eingreift, wobei der Stellhebel 127 von
einer Steuerwelle 130, die gleichzeitig als Drehachse des Schwinghebels 123 dient,
in Drehung versetzt wird. Der Gleitstein 128 besitzt einen aus einer etwa
halbkugelförmigen Ausnehmung gebildeten, nach oben weisenden Gelenkpunkt
131, der für die Lagerung der Stößelstange 132 dient. Die Stößelstange 132 führt
von dem Gelenkpunkt 131 des Gleitsteines 128 zu einem im Zylinderkopf
angeordneten Kipphebel 133 und ist an dem Kipphebel 133 in einem nach unten
weisenden, aus einer Kugel gebildeten Gelenkpunkt 134 gelagert. Während der
Verstellbewegung führt der Gelenkpunkt 131 des Gleitsteines 128 um den
Gelenkpunkt 134 des Kipphebels 133 eine Kreisbewegung in dem Radius R1 aus.
Um hierbei das vorgegebene Ventilspiel während des Verstehens des Gleitsteines
128 von dem Stellpunkt der maximalen Ventilhublänge bis zu dem Stellpunkt des
kontinuierlichen Schließens der Ventile 122 konstant zu halten, wenn die Ventile
122 geschlossen sind und die auf die Ventile 122 gerichtete Kontaktfläche 135 des
Kipphebels 133 etwa durch einen Spion zu der Kontaktfläche der Ventile 122 in dem
Abstand des vorgegebenen Ventilspieles gehalten ist, verläuft die Kontaktfläche 125
des Schwinghebels 123 in einem Radius R um den Mittelpunkt des an dem
Kipphebel 133 befestigten Gelenkpunktes 134, wobei der Radius R eine Länge
aufweist, die sich aus dem durch die Stößelstange 132 vorgegebenen Abstand L
der Gelenkpunkte 131 und 134 unter Hinzufügung der Radiuslänge R2 der
kreisförmigen Kontaktfläche 129 des Gleitsteines 128 ergibt. Somit ist: R = L + R2,
wobei L = R1 ist.
Der Verstellweg des Gleitsteines 128 auf der Kontaktfläche 125 des
Schwinghebels 123 sowie das Verschwenken der Stößelstange 131 ist durch die
Stellpunkte A-D unterteilt. Bewegt sich der Eingriffspunkt des Gleitsteines 128 auf
der Kontaktfläche 125 von dem Stellpunkt A in die Richtung des Stellpunktes C,
wird die Ventilhublänge verkleinert. Hierbei sind in dem Bereich des Stellpunktes A
die maximale Ventilhublänge, in dem Bereich des Stellpunktes B eine mittlere
Ventilhublänge und in dem Bereich des Stellpunktes C ein kontinuierliches
Schließen der Ventile 122 eingestellt. Hierzu besitzt der Schwinghebel 123 in den
Bereichen des Stellpunktes C und D einen Stellarm 136 mit einer nach innen
gewölbten Kontaktfläche 137, wobei sich die Kontaktfläche 137 an die Kontaktfläche
125 des Schwinghebels 123 anschließt. Wird der Gleitstein 128 auf die
Kontaktfläche 137 des Stellarmes 136 gestellt, bewegt sich der Schwinghebel 123
durch das hierbei am Stellarm 136 erzeugte Drehmoment aus dem Eingriffskreis
des Nockens 124, wonach keine Hubbewegungen auf die Ventile 122 übertragen
werden. In dem Bereich des Stellpunktes D ist eine kontinuierliche Öffnung der
Ventile 122 eingestellt, wofür auf dem Stellarm 136 eine nach außen gewölbte
Kontaktfläche 138 angeordnet ist, die sich an die Kontaktfläche 137 anschließt. Wird
der Gleitstein 128 auf die Kontaktfläche 138 gestellt, entfernt sich der Schwinghebel
123 weiter von dem Eingriffskreis des Nockens 124, wobei der Stellarm 136 gegen
ein Widerlager 139 gedrückt wird, das in dem Achshalter 140 eingearbeitet ist, der
neben der Lagerung der Steuerwelle 130 gegebenenfalls auch die Lagerung der
Nockenwelle 141 aufweist. Wird der Gleitstein 128 hiernach weiter auf der
Kontaktfläche 138 in die Richtung des Endes von dem Stellarm 136 bewegt, führt
der Gleitstein 128 eine nach oben gerichtete Bewegung aus, wodurch die Ventile
122 kontinuierlich geöffnet werden. Durch eine Veränderung der Position des
Gleitsteines 128 auf der Kontaktfläche 138 kann der Ventilhub der kontinuierlichen
Öffnung der Ventile 122 stufenlos eingestellt werden.
An dem Gleitstein 128 sind beiderseitig Führungsschienen 142 angeordnet,
wodurch der Gleitstein 128 auf dem Schwinghebel 123 geführt wird.
Fig. 10 zeigt eine Modifikation des Gleitsteines 128 der Hubventilsteuerung
gemäß Fig. 9. Hierbei ist der eine zylindrische Gleitfläche 129 aufweisende
Gleitstein 128 durch einen Zwillingsrollenbock ersetzt, bei dem zwischen den beiden
Rollen 143 der für die Stößelstange 144 vorgesehene Gelenkpunkt 145 in dem
gemeinsamen Achskörper 146 der Rollen 143 angeordnet ist. Hierbei ist es nicht
notwendig, dass der Mittelpunkt des Gelenkpunktes 145 in der Mittellängsachse des
Achskörpers 146 liegt. Der Radius R der von den Rollen 143 beaufschlagten
Kontaktfläche 147 des Schwinghebels 148 errechnet sich: R = L + R1. Hierbei ist
L der Abstand der Mittelpunkte von den Gelenken der Stößelstange 144 und R1 der
Abstand des Mittelpunktes von dem Gelenkpunkt 145 zu der von den Rollen 143
beaufschlagten Kontaktfläche 147. Der den Gelenkpunkt 145 aufweisende
Achskörper 146 besitzt für eine seitliche Führung des Zwillingsrollenbockes eine
Führungsfeder 149, die in eine Längsnut 150 des Schwinghebels 148 eingreift.
Fig. 11 zeigt eine im Kurbelgehäuse angeordnete Hubventilsteuerung, durch die
während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos verändert,
ein kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile
eingestellt werden können.
Für die Betätigung der Ventile 151 weist die Hubventilsteuerung einen
Schwinghebel 152 auf, der auf seiner Unterseite von einem Nocken 153 direkt oder
über eine Nockenrolle angetrieben wird. Auf der Oberseite besitzt der Schwinghebel
152 eine nach innen gewölbte, kreisförmige Kontaktfläche 154, in die ein Stößel 155
eingreift, der in einem Führungsschlitten 156 axial beweglich gelagert ist, wobei der
Führungsschlitten 156 durch zwei an einem Achshalter 157 befestigte
Führungsstangen 158 linear geführt ist und durch einen von einer Steuerwelle 159
angetriebenen Stellhebel 160 über eine Gelenkstange 161 auf den
Führungsstangen 158 verfahren wird. Der Führungsschlitten 156 greift nur einseitig
in die Führungsstangen 158 ein, so dass zwei benachbarte Führungsschlitten 156
gleichzeitig in eine Führungsstange 158 eingreifen können. In dem Achshalter 157
sind die Führungsstangen 158, das Drehgelenk 162 für den Schwinghebel 152, die
Steuerwelle 159 und gegebenenfalls die Nockenwelle 163 gelagert. Der Stößel 155
besitzt einen nach oben gerichteten Gelenkpunkt 164 für die Lagerung der
Stößelstange 165, wobei der Stößel 155 unten mit einer kreisförmig nach außen
gewölbten Kontaktfläche in die Kontaktfläche 154 des Schwinghebels 152 eingreift.
Die Stößelstange 165 führt von dem Stößel 155 zu einem in dem Zylinderkopf
angeordneten Kipphebel 166 und ist dort in einem an dem Kipphebel 166
befestigten Gelenkpunkt 167 gelagert. Während der Verstellbewegung führt der
Gelenkpunkt 164 des Stößels 155 eine Kreisbewegung um den Gelenkpunkt 167
des Kipphebels 166 mit der Radiuslänge R1 aus. Um hierbei das vorgegebene
Ventilspiel während des Verfahrens des Führungsschlittens 156 von dem Stellpunkt,
bei dem der Stößel 155 die Ventile 151 mit der maximalen Ventilhublänge betätigt,
bis zu dem Stellpunkt des Stößels 155, bei dem ein kontinuierliches Schließen der
Ventile 151 eingestellt ist, konstant zu halten, wenn die Ventile 151 geschlossen
sind und die auf die Ventile 151 gerichteten Kontaktflächen 168 des Kipphebels 166
zu den Kontaktflächen der Ventile 151 in dem Abstand des vorgegebenen
Ventilspiels gehalten sind, ist für die kreisförmige Kontaktfläche 154 des
Schwinghebels 152 eine Radiuslänge R anzuordnen, die sich aus der Summe der
Radiuslängen R1, die gleich dem Abstand L des Gelenkpunktes 164 des Stößels
155 zu dem Gelenkpunkt 167 des Kipphebels 166 ist, und R2, welche die
Radiuslänge der in die Kontaktfläche 154 des Schwinghebels 152 eingreifenden
Kontaktfläche des Stößels 155 ist, ergibt. Somit ist R = R1 + R2. Da der Stößel 155
durch den Führungsschlitten 156 parallel geführt ist, liegt der. Mittelpunkt der
kreisförmigen Kontaktfläche 154, wenn die Ventile geschlossen sind und die auf die
Ventile 151 gerichteten Kontaktflächen 168 der Kipphebel 166 zu den
Kontaktflächen der Ventile 151 in dem Abstand des vorgegebenen Ventilspieles
gehalten sind, in einem Abstand L1 unter dem Gelenkpunkt 167 auf einer Linie, die
in der Stellposition vorhanden ist, bei der sowohl der Stößel 155 als auch die
Stößelstange 165 eine gemeinsame Längsachse aufweisen. Der Abstand L1 ergibt
sich aus dem Abstand des Mittelpunktes der kreisförmigen, in die Kontaktfläche 154
des Schwinghebels 152 eingreifenden Kontaktfläche des Stößels 155 zu dem
Mittelpunkt des Gelenkpunktes 164.
Der Verstellweg des Stößels 155 auf der Kontaktfläche 154 des Schwinghebels
152 sowie das Verschwenken der Stößelstange 165 sind durch die Stellpunkte A-
D unterteilt. Bewegt sich der Eingriffspunkt des Stößels 155 von dem Stellpunkt A in
die Richtung des Stellpunktes C, wird die Ventilhublänge verkleinert. Hierbei sind in
dem Stellpunkt A die maximale Ventilhublänge, in dem Stellpunkt B eine mittlere
Ventilhublänge und in dem Bereich des Stellpunktes C ein kontinuierliches
Schließen der Ventile 151 eingestellt. In dem Bereich der Stellpunkte C-D weist der
Schwinghebel 152 eine sich an seine Kontaktfläche 154 anschließende, nach innen
gewölbte Kontaktfläche 169 auf. Bewegt sich die Kontaktfläche des Stößels 156 von
dem Stellpunkt C zu dem Stellpunkt D, wird der Schwinghebel 152 mittel des durch
den Eingriff des Stößels 155 in die Kontaktfläche 169 entstehenden Drehmomentes
aus dem Eingriffskreis des Nockens 153 bewegt, wonach eine weitere Bewegung
des Schwinghebels 152 durch den Kontakt der im Bereich des Drehgelenkes 162
angeordneten, nach unten gerichteten Kontaktfläche 170 des Schwinghebels 152
mit dem Widerlager 171, das mit dem Achshalter 157 verbunden ist, verhindert wird
und der Stößel 155 hiernach während seiner weiteren Verstellbewegung auf der
Kontaktfläche 169 in dem Führungsschlitten 156 eine nach oben gerichtete
Vertikalbewegung ausführt, wodurch die Ventile 151 über die Stößelstange 165 und
den Kipphebel 166 bewegt werden und hierdurch eine kontinuierliche Öffnung der
Ventile 101 eingestellt wird. Hierbei kann durch ein Verstellen des Stößels 156 auf
der Kontaktfläche 169 die Hublänge der kontinuierlichen Öffnung der Ventile 151
stufenlos eingestellt werden.
Fig. 12 zeigt eine Modifikation des Stößels 155 der in Fig. 11 dargestellten
Hubventilsteuerung. Hierbei ist der Stößel 155 durch einen Rollenstößel ersetzt, bei
dem die Rolle 172 auf einer Achse 173 an dem gabelförmigen Stößelkörper 174
befestigt ist. Der Stößelkörper 174 ist in einem auf Führungsstangen 175
angeordneten Führungsschlitten 176 längsbeweglich gelagert und besitzt einen
Gelenkpunkt 177 für eine zu dem Zylinderkopf führenden Stößelstange 178.
Fig. 13 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, durch die
während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos verändert,
ein kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile
hergestellt werden können.
Für die Betätigung der Ventile 179 weist die Hubventilsteuerung einen
Schwinghebel 180 auf, der über seine Nockenrolle 181 durch einen Nocken 182
angetrieben wird, wobei der Schwinghebel 180 auf einer Achse 183 gelagert ist, die
gleichfalls als Lagerung eines in die entgegengesetzte Richtung weisenden, für
diese Lagerung gegabelten Schwinghebels 184 dient, der über ein Ventilspiel-
Ausgleichselement 185 die Ventile 179 antreibt. Die Schwinghebel 180 und 184
weisen eine nach innen gewölbte, kreisförmige Kontaktfläche 186 auf, in die Rollen
187 eines in dem Gelenkpunkt 188 eines Stellhebels 189 gelagerten Waagebalkens
190 eingreifen, wobei die Rollen 187 an beiden Enden des Waagebalkens 190
angeordnet sind. Der Stellhebel 189 wird für die Durchführung eines
Verstellvorganges durch eine Steuerwelle 191 angetrieben, wobei der Waagebalken
190 mit seinen beiden Rollen 181 einen parallel geführten Kreiseingriff in die
Kontaktflächen 186 der Schwinghebel 180 und 184 ausübt, wenn sich die
Nockenrolle 181 auf dem Nockengrundkreis befindet, wodurch die Schwinghebel
180 und 184 in der Betätigungsrichtung der Ventile 179 miteinander kraftschlüssig in
Verbindung stehen. Hierbei werden der wirksame Hebel des von dem Nocken 182
angetriebenen Schwinghebels 180 und der wirksame Hebel des die Ventile 179
betätigenden Schwinghebels 184 gegensätzlich in ihrer Länge verändert, wodurch
ein kurzer Verstelldrehwinkel erzielt wird. Während des parallel geführten
Kreiseingriffs führen die Drehachsen der Rollen 187 und der Gelenkpunkt 188 des
Stellhebels 189 eine Kreisbewegung in einem gleich großen Radius R aus, wobei
die zwischen der Drehachse des Gelenkpunktes 188 und der Drehachse der
Steuerwelle 191 vorhandene Abstandslänge L gleich der Radiuslänge R ist. Hierbei
verlaufen die Abstandslinie L und die Linien, welche die Drehachsen der Rollen 187
und die Eingriffspunkte der Rollen 187 auf den Kontaktflächen 186 durchlaufen,
immer parallel zueinander. Die Radiuslänge R1 des Kreisbogens der Kontaktflächen
186 ergibt sich aus der Summe der Radiuslänge R und der Radiuslänge R2 der
Rollen 187. Somit ist R1 = R + R2, wobei L = R ist. Hierdurch wird, wenn sich die
Nockenrolle 181 auf dem Nockengrundkreis befindet, in dem Verstellbereich von
einer maximalen Ventilhublänge bis zu einem kontinuierlichen Schließen der Ventile
179 erzielt, dass bei der für den Verstellvorgang erfolgenden Drehung der
Steuerwelle 191 der Waagebalken 190 parallel geführt mit seinen Rollen 187 in die
Kontaktflächen eingreift, ohne hierdurch das Ventilspiel zu verändern.
Diese Funktion der Hubventilsteuerung kann auch mittels aufeinander
abgestimmter, in anderer Weise geformter Kontaktflächen 186 erzielt werden, wobei
das Ventilspiel während eines Verstellvorganges nicht verändert wird, wenn sich die
Nockenrolle 181 auf dem Nockengrundkreis befindet. Hierbei führt dann der
Waagebalken 190 während der für die Herstellung eines Verstellvorganges
erfolgenden Drehung der Steuerwelle 191 um den Gelenkpunkt 188 eine
Drehbewegung aus.
Der Verstellweg der in die Kontaktfläche 186 des Schwinghebels 184
eingreifenden Rolle 187 ist durch die Stellpunkte A-D unterteilt. Bewegt sich die in
den Waagebalken 190 eingreifende Rolle 187 auf der Kontaktfläche 186 des
Schwinghebels 184 von dem Stellpunkt A in die Richtung des Stellpunktes C, wird
der Ventilhub in seiner Länge verkürzt. Hierbei sind in dem Stellpunkt A die
maximale Ventilhublänge, in dem Stellpunkt B eine mittlere Ventilhublänge und in
dem Bereich des Stellpunktes C ein kontinuierliches Schließen der Ventile 179
eingestellt. Für ein kontinuierliches Schließen der Ventile 179 weist der
Schwinghebel 180 im Bereich des Stellpunktes C eine sich an seine Kontaktfläche
186 in der Richtung der Achse 183 der Schwinghebel 180 und 184 anschließende,
kreisförmig um die Drehachse der Achse 183 verlaufende Kontaktfläche 192 auf,
wobei während eines Eingriffes der in die Kontaktfläche 192 des Schwinghebels 186
eingreifenden Rolle 187 des Waagebalkens 190 die Ventile 179 nicht betätigt
werden und somit ein kontinuierliches Schließen der Ventile 179 hergestellt wird.
Die in die Kontaktfläche 186 des die Ventile 179 betätigenden Schwinghebels 184
eingreifende Rolle 187 des Waagebalkens 190 befindet sich hierbei im Bereich des
Stellpunktes C. Erreicht die den Schwinghebel 184 antreibende Rolle 187 den
Bereich des Stellpunktes D, greift die von dem Schwinghebel 180 angetriebene
Rolle 187 in eine sich auf dem Schwinghebel 180 an die Kontaktfläche 192
anschließende Stellnase 193 ein, deren nach innen gerichtete Wölbung einen
Radius mit einer Länge aufweist, die geringfügig größer ist als die Radiuslänge R2
der Rollen 181. Durch den Eingriff der Rolle 187 in die Stellnase 193 wird durch das
hierbei entstehende Drehmoment der Schwinghebel 180 mit seiner Nockenrolle 181
aus dem Eingriffskreis des Nockens 182 bewegt. Hierdurch kann die Anordnung
einer Rückstellfeder entfallen. Soll ein kontinuierlicher Ventilhub eingestellt werden,
wird der Schwinghebel 180 mit seiner Nockenrolle 181 durch eine weitergehende
Bewegung der Rolle 187 auf der Stellnase 193 gegen ein Widerlager 194 gedrückt,
das einen Stoßdämpfer 195 aufweist, wobei gleichzeitig die den Schwinghebel 184
antreibende Rolle 187 in eine am Ende des Schwinghebels 184 angeordnete, nach
innen gewölbte Kontaktfläche 196 eingreift, deren Radius geringfügig länger ist als
der Radius R2 der Rolle 187, wodurch der Schwinghebel 184 eine Bewegung
ausführt und hierdurch eine kontinuierliche Öffnung der Ventile 179 hergestellt.
Durch eine gleichzeitige Veränderung der Position der Rolle 187 auf der Steilnase
193 und auf der Kontaktfläche 196 kann die Ventilhublänge stufenlos eingestellt
werden.
Auf der Achse 183 kann auch eine Lagerung nur für einen der beiden
Schwinghebel 180 oder 184 vorgesehen werden, wobei entweder der von dem
Nocken 182 angetriebene Schwinghebel 180 oder der die Ventile 179 betätigende
Schwinghebel 184 auf dem Gelenkpunkt eines unter der Achse 183 angeordneten
Ventilspiel-Ausgleichselementes gelagert wird. Hierbei entfällt das Ventilspiel-
Ausgleichselement 185 des Schwinghebels 184.
Weiterhin kann der den Waagebalken 190 bewegende Stellhebel 189 auf der
Achse 183 gelagert sein, wobei die Achse 183 gleichfalls als Lagerung der
Schwinghebel 180 und 184 dient. Hierbei weisen die Schwinghebel 180 und 184
eine nach außen gewölbte Kontaktfläche 186 auf.
Die Hubventilsteuerung der Fig. 13 kann auch über Kopf etwa in einem
Kurbelgehäuse angeordnet werden, wobei der Schwinghebel 184 über eine
Stößelstange einen im Zylinderkopf angeordneten Kipphebel antreibt.
Fig. 14 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, durch die
während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos verändert
werden kann, stufenlos Phasenverschiebungen der Ventilbetätigung und ein
kontinuierliches Schließen sowie eine kontinuierliche Öffnung der Ventile hergestellt
werden können.
Für die Betätigung der Ventile 197 weist die Hubventilsteuerung einen
Schwinghebel 198 auf, der über seine Nockenrolle 199 durch einen Nocken 200
angetrieben wird, wobei der Schwinghebel 198 auf den Gelenkpunkt 201 eines
Ventilspiel-Ausgleichselementes 202 gelagert ist, das mittels einer Anordnung in
einer Steuerwelle 203 für die Durchführung eines Verstellvorganges schwenkbar
gelagert ist. Um ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement 202 mit Drucköl
versorgen zu können, weist die Steuerwelle 203 eine Längsbohrung 204 auf. Über
dem Schwinghebel 198 ist ein in die entgegengesetzte Richtung weisender
Kipphebel 205 angeordnet, der auf einer Achse 206 gelagert ist und über die
Kontaktflächen 207 die Ventile 197 betätigt. Der Kipphebel 205 weist eine Rolle 208
auf, die in die nach innen gewölbte, kreisförmige Kontaktfläche 209 des
Schwinghebels 198 eingreift, wobei die Rolle 208 beiderseitig angeordnete
Spurkränze 210 aufweist, durch die ein Verschwenken des Schwinghebels 198 um
die Längsachse des Ventilspiel-Ausgleichselementes 202 verhindert wird. Der
Schwinghebel 198 steht mit dem Kipphebel 205 mittels der Rolle 208 über einen
parallel geführten Kreiseingriff kraftschlüssig in Verbindung. Hierfür führen die
Nockenrolle 199 bei geschlossenen Ventilen 197 während eines Verstellvorganges
auf dem Grundkreis des Nockens 200 und gleichzeitig in einem gleichen Drehwinkel
der Gelenkpunkt 201 des Ventilspiel-Ausgleichselementes 202 um die Drehachse
der Steuerwelle 203 eine Kreisbewegung in einem Radius R aus, dessen Länge
sich aus der Summe der Radiuslänge R1 des Grundkreises des Nockens 200 und
der Radiuslänge R2 der Nockenrolle 199 zusammensetzt und dessen Länge gleich
der Länge der Abstandslinie L ist, die von dem Mittelpunkt des auf dem Ventilspiel-
Ausgleichselement 202 angeordneten Gelenkpunktes 201 zu der Drehachse der
Steuerwelle 203 führt. Die Kontaktfläche 209 des Schwinghebels 198 wälzt sich
hierbei auf der hier feststehenden Rolle 208 ab. Da die Kontaktfläche 209 des
Schwinghebels 198 nach innen gewölbt ist, muss die Radiuslänge R3 der
kreisförmigen Kontaktfläche 209, um den Radius R4 der Rolle 208 vergrößert
werden, damit auch die Kontaktfläche 209 um die Rolle 208 eine Kreisbewegung in
dem Radius R ausführen kann. Somit ist L = R = R1 + R2 und R3 = R + R4.
Während der Verstellbewegung verlaufen neben der Verbindungslinie von der
Drehachse des Nockens 200 zu der Drehachse der Nockenrolle 199 und der
Verbindungslinie von der Drehachse der Steuerwelle 203 zu dem Gelenkpunkt 201
des Ventilspiel-Ausgleichselementes 202 auch die Verbindungslinie von dem
Eingriffspunkt der Rolle 210 auf der Kontaktfläche 209 des Schwinghebels 198 zu
der Drehachse der Rolle 210 immer parallel zueinander, wenn die Nockenrolle 199
in den Nockengrundkreis und die Rolle 210 in die Kontaktfläche 209 eingreifen.
Hierbei wird in dem Verstellbereich von der maximalen Ventilhublänge bis zu einem
kontinuierlichen Schließen der Ventile 197, solange sich die Nockenrolle 199 auf
dem Grundkreis des Nockens 200 befindet, bei der während eines
Verstellvorganges erfolgenden Drehung der Steuerwelle 203 zum einen die
Nockenrolle 199 des Schwinghebels 198 in einer Kreisbewegung auf dem
Grundkreis des Nockens 200 bewegt, wodurch zum einen der Schwinghebel 198
eine parallel geführte Kreisbewegung ausführt und zum anderen der Kipphebel 205
bei dem Eingriff seiner Rolle 208 in die Kontaktfläche 209 des Schwinghebels 198
durch die parallel geführte Kreisbewegung des Schwinghebels 198 im Stillstand
gehalten und hierdurch das Ventilspiel konstant gehalten wird. Durch die Bewegung
der Nockenrolle 199 auf der Nockenbahn wird eine stufenlose Phasenverschiebung
der Ventilbetätigung auf einfache Weise erzielt.
Der Verstellweg des Gelenkpunktes 201 von dem Ventilspiel-Ausgleichselement
202 ist in die Stellpunkte A-D unterteilt. Bewegt sich der Gelenkpunkt 201 von dem
Stellpunkt A in die Richtung des Stellpunktes C, wird der Ventilhub in seiner Länge
verkürzt. Hierbei ist in dem Stellpunkt A die maximale Ventilhublänge, in dem
Stellpunkt B eine mittlere Ventilhublänge und in dem Bereich des Stellpunktes C ein
kontinuierliches Schließen der Ventile 197 eingestellt. In dem Bereich des
Stellpunktes C weist der Schwinghebel 198 eine sich an seine Kontaktfläche 209
anschließende, kurze, nach außen gewölbte, kreisförmig um die Drehachse des
Gelenkpunktes 201 des Ventilspiel-Ausgleichselementes 202 verlaufende
Kontaktfläche 211 auf, wodurch bei einem Eingriff der Rolle 208 des Kipphebels 205
in die Kontaktfläche 209 keine Hubbewegungen der Ventile 197 erzeugt werden und
somit ein kontinuierliches Schließen der Ventile 197 hergestellt wird. Befindet sich
der Gelenkpunkt 201 in dem Bereich des Stellpunktes D, greift die Rolle 208 des
Kipphebels 205 in eine sich an die Kontaktfläche 211 anschließende gleichfalls auf
dem Schwinghebel 198 angeordnete Stellnase 212 ein, wodurch der Schwinghebel
198 mit seiner Nockenrolle 199 aus dem Eingriffskreis des Nockens 200 gehoben
und gegen das Widerlager 213 gedrückt wird, wobei das Widerlager 213 einen
Stoßdämpfer 214 aufweist. Hierdurch kann auf die Anordnung einer Rückstellfeder
verzichtet werden. Durch eine weitergehende Bewegung der Rolle 208 auf der
Stellnase 212 stellt der Schwinghebel 220 durch seine hierbei erfolgende
Drehbewegung eine kontinuierliche Öffnung der Ventile 197 her, wobei durch eine
Veränderung der Position der Rolle 208 auf der Stellnase 212 die Ventilhublänge
stufenlos eingestellt werden kann.
In vorteilhafter Weise können mittels der Hubventilsteuerung gemäß Fig. 14, um
eine den Drehzahlen der Kraftmaschine vorteilhaft angepasste Ventilsteuerung
vornehmen zu können, bei einer sich vermindernden Drehzahl mit einer sich
vermindernden Ventilhublänge gleichzeitig das Schließen der Einlassventile
stufenlos auf "früh" und die Öffnung der Auslassventile stufenlos auf "spät"
eingestellt werden. Um diese Steuerung der Ventile 197 zu erzielen, dreht sich bei
der in Fig. 14 dargestellten Anordnung die Nockenwelle für die Einlassventile im
Uhrzeigersinn und bei den Auslassventilen gegen den Uhrzeigersinn. Da die
Hubventilsteuerungen für die Einlass- und Auslassventile im Normalfall zueinander
spiegelbildlich angeordnet sind, können die Hubventilsteuerungen für die Einlass-
und Auslassventile durch eine Nockenwelle angetrieben werden.
Der Kipphebel 205 kann auch als Winkelhebel ausgebildet sein, wobei der
Kipphebel 205 im Bereich seines Drehgelenkes abgewinkelt ist.
Durch eine Anordnung der Hubventilsteuerung über Kopf kann diese etwa in
einem Kurbelgehäuse angeordnet werden, von wo der Kipphebel 205 über eine
Stößelstange einen im Zylinderkopf angeordneten Kipphebel antreibt.
Bei einer Anordnung der Hubventilsteuerungen im Zylinderkopf über Kopf können
die Ventile 197 über eine im Bereich der Rolle 208 angeordnete Kontaktfläche des
als Schwinghebel ausgebildeten Kipphebels 205 direkt betätigt werden
Fig. 15 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, durch die
während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos verändert,
ein kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile
hergestellt werden können.
Für die Betätigung der Ventile 215 weist die Hubventilsteuerung einen
Schwinghebel 216 auf, der an seinem einen Ende über seine Nockenrolle 217 von
oben durch einen Nocken 218 angetrieben wird und an seinem anderen Ende auf
einer Steuerwelle 219 gelagert ist. Unter dem Schwinghebel 216 ist ein weiterer
Schwinghebel 220 angeordnet, der an seinem einen Ende etwa unter der
Nockenrolle 217 des Schwinghebels 216 auf dem Gelenkpunkt 221 eines im
Zylinderkopf angeordneten Ventilspiel-Ausgleichselementes 222 gelagert ist und an
seinem anderen Ende etwa unter der Steuerwelle 219 die Ventile 215 über
beiderseitig Führungsschienen 223 aufweisende Kontaktflächen 224 betätigt. Der
Schwinghebel 216 weist eine geradlinige Kontaktfläche 225 und der Schwinghebel
220 eine geradlinige Kontaktfläche 226 auf, wobei die Kontaktflächen 225 und 226
aufeinander gerichtet sind. In beide Kontaktflächen 225 und 226 greift eine Rolle
227 ein, die durch einen Gelenkstab 228, der über einen Gelenkpunkt 229 eines
Stellhebels 230 angetrieben wird, für die Herstellung eines Verstellvorganges auf
den Kontaktflächen 225 und 226 hin und her bewegt wird, wobei der Stellhebel 230
selbst von einer Steuerwelle 219 angetrieben wird. Hierbei werden die wirksamen
Hebel des von dem Nocken 218 über die Nockenrolle 217 angetriebenen
Schwinghebels 216 und des über die Rolle 227 angetriebenen, die Ventile 215
betätigenden Schwinghebels 220 gegensätzlich in ihrer Länge verändert, so dass
ein kurzer Verstellweg erzielt wird. Die beiden Kontaktflächen 225 und 226
verlaufen, wenn die Hubventilsteuerung die Ventile 215 nicht betätigt sind,
zueinander parallel, wodurch das Ventilspiel hierbei während eines Verstell
vorganges nicht verändert wird.
Der Verstellweg des Gelenkpunktes 229 des Stellhebels 230 ist durch die
Stellpunkte A-D unterteilt. Bewegt sich der Gelenkpunkt 229 von dem Stellpunkt A
in die Richtung des Stellpunktes C, wird der Ventilhub in seiner Länge verkürzt.
Hierbei ist in dem Stellpunkt A die maximale Ventilhublänge, in dem Stellpunkt B
eine mittlere Ventilhublänge und in dem Bereich des Stellpunktes C ein
kontinuierliches Schließen der Ventile 215 eingestellt. Befindet sich der Gelenkpunkt
229 in dem Bereich des Stellpunktes C, weist dort der Schwinghebel 216 eine sich
an seine Kontaktfläche 225 anschließende, um seine Drehachse kreisförmig
verlaufende Kontaktfläche 231 auf, wobei durch den Eingriff der Rolle 227 in die
Kontaktfläche 231 keine Hubbewegungen der Ventile 215 erzeugt werden. Hierbei
bewegt sich der Schwinghebel 216 mit seiner Nockenrolle 217 durch den Eingriff
des Nockens 218 und durch die Schwerkraft aus dem Eingriffskreis des Nockens
218 und legt sich auf dem Schwinghebel 220 ab. Hierdurch kann auf die Anordnung
einer Rückstellfeder verzichtet werden. Ist der Gelenkpunkt 229 im Bereich des
Stellpunktes D, greift die Rolle 227 in eine auf dem Schwinghebel 220 angeordnete
Stellnase 232 ein, wodurch der Schwinghebel 220 bewegt und hierdurch eine
kontinuierliche Öffnung der Ventile 215 hergestellt wird. Hierbei dient die um die
Drehachse des Schwinghebels 216 und der Steuerwelle 219 verlaufende
Kontaktfläche 231 des Schwinghebels 216 für die Rolle 227 als Widerlager. Die
Stellnase 232 wird durch ihre verminderte Breite nur von der Rolle 227
beaufschlagt. Durch eine Veränderung der Stellung der Rolle 227 auf der Stellnase
232 wird die Ventilhublänge der kontinuierlichen Öffnung der Ventile 215 stufenlos
verändert.
Durch eine Anordnung der Hubventilsteuerung der Fig. 15 über Kopf, wobei die
Hubventilsteuerung in einem Kurbelgehäuse angeordnet ist, wird es ermöglicht,
dass von dem Schwinghebel 220 ein im Zylinderkopf angeordneter Kipphebel über
eine Stößelstange angetrieben wird.
Fig. 16 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, durch die
während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos verändert,
stufenlos Phasenverschiebungen der Ventilbetätigung vorgenommen, ein
kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile hergestellt
werden können.
Für die Betätigung der Ventile 233 weist die Hubventilsteuerung einen
Schwinghebel 234 auf, der an seinem einen Ende über seine Nockenrolle 235 durch
einen Nocken 236 angetrieben wird und an seinem anderen Ende in einem
Gelenkpunkt 237 eines von einer Steuerwelle 238 angetriebenen, gabelförmigen,
etwa aus zwei Flachstäben gefertigten Stellhebels 239 gelagert ist, der den
Schwinghebel 234 mit seinen Gabelholmen führt. Unter dem Schwinghebel 234 ist
ein weiterer Schwinghebel 240 angeordnet, der im Bereich der Nockenrolle 235 des
Schwinghebels 234 auf dem Gelenkpunkt 241 eines im Zylinderkopf angeordneten
Ventilspiel-Ausgleichselementes 242 gelagert ist und im Bereich des Gelenkpunktes
237 des Stellhebels 239 die Ventile 233 über die Kontaktfläche 243 betätigt. Um ein
Verschwenken des Schwinghebels 240 auf dem Gelenkpunkt 241 um die
Längsachse des Ventilspiel-Ausgleichselementes 242 zu verhindern, weisen die auf
die Ventile 233 gerichteten Kontaktflächen 243 beiderseitig angeordnete
Führungsschienen 244 auf. Der obere Schwinghebel 234 weist eine kreisförmig
nach innen gewölbte Kontaktfläche 245 auf. In diese Kontaktfläche 245 greift eine
etwa mittig auf dem unteren Schwinghebel 240 angeordnete Rolle 246 ein. Für die
Herstellung eines Verstellvorganges wird der Schwinghebel 234 durch den von der
Steuerwelle 238 in Drehung versetzten Stellhebel 239 über den Gelenkpunkt 237
hin und her bewegt. Um das Ventilspiel während eines Verstellvorganges in dem
Verstellbereich von der maximalen Ventilhublänge bis zu einem kontinuierlichen
Schließen der Ventile 233 nicht zu verändern, wenn sich die Nockenrolle 235 auf
dem Nockengrundkreis befindet, ist zwischen dem Grundkreis des Nockens 236
und der Nockenrolle 235 des Schwinghebels 234 sowie zwischen der Rolle 246 des
Schwinghebels 240 und der Kontaktfläche 245 des Schwinghebels 234 ein parallel
geführter Kreiseingriff vorgesehen, bei dem eine Parallelführung für den
Schwinghebel 234 selbst und zwischen dem Schwinghebel 234 und dem
Schwinghebel 240 hergestellt ist. Bei dem parallel geführten Kreiseingriff verlaufen
die Verbindungslinie der Drehachsen des Nockens 236 und der Nockenrolle 235
sowie die Verbindungslinie der Drehachsen der Steuerwelle 238 und des
Gelenkpunktes 237 auf dem Stellhebel 239 sowie die Verbindungslinie des
Eingriffspunktes der Rolle 246 auf der Kontaktfläche 245 des Schwinghebels 234
und der Drehachse der Rolle 246 immer parallel zueinander, wenn die Nockenrolle
235 in den Grundkreis des Nockens 234 eingreift. Die Radiuslänge R der während
eines Verstellvorganges erfolgenden Kreisbewegung der Nockenrolle 235 um die
Drehachse des Nockens 236 setzt sich aus der Radiuslänge R1 des Grundkreises
des Nockens 236 und der Radiuslänge R2 der Nockenrolle 235 zusammen. Hierbei
entspricht die Abstandslinie L zwischen der Drehachse der Steuerwelle 238 und der
Drehachse des Gelenkpunktes 237 auf dem Stellhebel 239 der Radiuslänge R.
Somit ist L = R = R1 + R2. Da die Kontaktfläche 245 des Schwinghebels 234 nach
innen gewölbt ist, wird die Radiuslänge R3 der Kontaktfläche 245 um den Radius
R4 der Rolle 246 vergrößert, damit auch der Schwinghebel 234 um die Rolle 246
eine Kreisbewegung in der Radiuslänge R ausführen kann. Somit ist R3 = R + R4.
Der Verstellweg des Gelenkpunktes 237 von dem Stellhebel 239 ist durch die
Stellpunkte A-D unterteilt. Bewegt sich der Gelenkpunkt 237 von dem Stellpunkt A
in die Richtung des Stellpunktes C, wird der Ventilhublänge verkürzt. Hierbei ist in
dem Stellpunkt A die maximale Ventilhublänge, in dem Stellpunkt B eine mittlere
Ventilhublänge und in dem Bereich des Stellpunktes C ein kontinuierliches
Schließen der Ventile 233 eingestellt. In dem Bereich des Stellpunktes C, weist der
Schwinghebel 234 eine sich an seine Kontaktfläche 245 anschließende, nach außen
gewölbte, kreisförmig um seine Drehachse verlaufende Kontaktfläche 247 auf,
wodurch bei einem erfolgenden Eingriff der Rolle 246 in die Kontaktfläche 247 keine
Hubbewegungen der Ventile 233 erzeugt werden. Hierbei bewegt sich der
Schwinghebel 234 mit seiner Nockenrolle 235 durch den Eingriff des Nockens 236
und durch die Schwerkraft aus dem Eingriffskreis des Nockens 236 und legt sich auf
dem Schwinghebel 240 ab. Hierdurch kann auf die Anordnung einer Rückstellfeder
verzichtet werden. Für die Herstellung einer kontinuierlichen Öffnung der Ventile
233 weist der gabelförmige, etwa aus zwei Flachstäben gefertigte Stellhebel 239
Stellnasen 248 auf, welche hierfür durch ihren Eingriff in die Rolle 246 den
Schwinghebel 246 bewegen, wodurch die Ventile 233 betätigt werden, wenn sich
der Gelenkpunkt 237 des Stellhebels 239 in dem Bereich des Stellpunktes D
befindet. Durch eine Veränderung der Position der Stellnasen 248 auf der Rolle 246
kann die Ventilhublänge der kontinuierlichen Öffnung stufenlos eingestellt werden.
Bei dem Verstellen des Gelenkpunktes 237 des Stellhebels 239 zwischen den
Stellpunkten A-C bewegt sich die Nockenrolle 235 des Schwinghebels 234 auf der
Eingriffsfläche des Nockens 236, wodurch auf einfache Weise eine stufenlose
Phasenverschiebung der Ventilbetätigung hergestellt wird und ein
Nockenwellenversteller ersetzt wird. Hierbei kann in vorteilhafter Weise, wenn die
Kraftmaschine von dem Volllastbereich in einen Teillastbereich gestellt wird, zum
einen eine Verkürzung der Ventilhublänge eingestellt werden, wobei gleichzeitig bei
den Einlassventilen das Schließen stufenlos auf "früh" und bei den Auslassventilen
das Öffnen stufenlos auf "spät" eingestellt werden. Bei der in der Fig. 16
dargestellten Anordnung muss sich hierfür die Nockenwelle für die Einlassventile
gegen den Uhrzeigersinn und bei den Auslassventilen im Uhrzeigersinn drehen.
Hierdurch können die Hubventilsteuerungen für die Einlass- und Auslassventile
gemeinsam durch eine etwa mittig angeordnete Nockenwelle angetrieben werden,
wenn, wie im Normalfall üblich, die Einlass- und die Auslassventile zueinander auf
der entgegengesetzten Seite der Nockenwelle angeordnet sind, wobei hier bei
einem Zylinderkopf, der zwei Einlass- und zwei Auslassventile aufweist, ein mittig
angeordneter Schwinghebel etwa über einen Waagebalken die Einlassventile
betätigt und die Auslassventile von zwei an den beiden Längsseiten des mittleren
Schwinghebels angeordneten Schwinghebeln betätigt werden.
Durch eine Anordnung der Hubventilsteuerung über Kopf kann diese in einem
Kurbelgehäuse angeordnet werden, von wo der Schwinghebel 240 einen im
Zylinderkopf angeordneten Kipphebel über eine Stößelstange antreibt.
Fig. 17, 18 und 19 zeigen eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung,
durch die während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos
verändert, stufenlos Phasenverschiebungen der Ventilbetätigung vorgenommen, ein
kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile hergestellt
werden können, wobei die Hubventilsteuerung das Prinzip der Kinematik der Fig. 16
aufweist, jedoch gegenüber der Hubventilsteuerung gemäß der Fig. 16 einen
verminderten Raumbedarf aufweist und für den gleichzeitigen Antrieb von zwei
Ventilen vorgesehen ist.
Im Gegensatz zu der Hubventilsteuerung gemäß Fig. 16 besitzt der
Schwinghebel 249 in Fig. 17, um den Raumbedarf der Hubventilsteuerung zu
vermindern, als Freiraum für den Nocken 250 mittig eine Ausnehmung 251, welche
die Erhebung des Nockens 250 berührungsfrei durchläuft, wobei der Schwinghebel
249 in dem Bereich der Ausnehmung 251 ein in die Richtung des Nockens 250
geöffnetes, tragfähiges U-Profil aufweist. Gemäß Fig. 18 besitzt die
Hubventilsteuerung unter dem Schwinghebel 249 für die Betätigung von zwei
Ventilen 252 einen weiteren hier in der Draufsicht dargestellten, gabelförmigen
Schwinghebel 253, wobei der Schwinghebel 253 nur von einem im Zylinderkopf
angeordneten Ventilspiel-Ausgleichselement 254 beaufschlagt wird. Da die Ventile
252 unterschiedlich hohe Kontaktflächen aufweisen können, die durch
Fertigungstoleranzen, eine unterschiedliche Bearbeitung der Ventilsitze und
unterschiedliche Wärmedehnungen der Ventile 252 herrühren können, werden
unterschiedlich hohe Kontaktflächen der Ventile 252 durch eine entsprechende
Schrägstellung des gabelförmigen Schwinghebels 253 ausgeglichen, wobei der
Schwinghebel 253 über eine als Pendelrollenlager ausgebildete Rolle 255, von dem
oberen Schwinghebel 249 durch den Eingriff der Rolle 255 in seine Kontaktfläche
256 angetrieben wird. Als Rollen 255 können anstelle der Pendelrollenlager auch
Pendelkugellager und Kugelgelenke eingesetzt werden. Der Außenring der Rolle
255 weist für seine hier erforderliche Längsführung einen umlaufenden
Führungsring 257 auf, der in eine in die Kontaktfläche 256 des oberen
Schwinghebels 249 eingebrachte Längsnut 258 eingreift, so dass über die Rolle 255
der untere Schwinghebel 253 trotz seiner Schrägstellung von dem oberen
Schwinghebel 249 ohne eine Kantenpressung angetrieben werden kann. Der
Außenring der Rolle 255 kann anstelle eines Führungsringes eine umlaufende Nut
aufweisen, in die ein Führungssteg der Kontaktfläche 256 des oberen
Schwinghebels 249 eingreift. Weiterhin kann der Außenring der Rolle 255 für seine
Längsführung an seinen Stirnflächen durch an beiden Seiten der Kontaktfläche 256
angeordnete Führungsschienen oder durch eigene, äußere Spurkränze geführt
werden. Die Rolle 255 kann auch einen balligen Außenring aufweisen, der in einer
entsprechend ausgebildeten Hohlkehle der Kontaktfläche 256 des oberen
Schwinghebels 249 längs geführt ist. Die Ventile 252 werden von dem unteren
Schwinghebel 253 für die Erzielung eines optimalen Kontaktes bei einer möglichen
Schrägstellung des unteren Schwinghebels 253 über abgeflachte Kugelgelenke 259
betätigt, die auch als Elefantenfüße bezeichnet werden. In der Fig. 19 ist ein
Querschnitt des unteren Schwinghebels 253 und der als Pendelrollenlager
ausgebildeten Rolle 255 dargestellt. Für ihre Halterung ist die Rolle 255 auf einer in
die Gabelholme des Schwinghebels 253 für die Erhöhung der Festigkeit des
Schwinghebels 253 eingepressten Achse 260 gelagert, wobei die Achse 260, um
die Baugröße und das Gewicht des Schwinghebels 253 gering zu halten, mit dem
Innenring der Rolle 255 integriert ist. Der Schwinghebel 253 ist zweiteilig ausgeführt
und besitzt im Bereich des Ventilspiel-Ausgleichselementes 254 eine verschraubte
Stoßfuge, um eine Montage der Achse 260 zu ermöglichen. Da der Gelenkpunkt
261 des Ventilspiel-Ausgleichselementes 254 hierbei in der Stoßfuge des unteren
Schwinghebels 253 liegt, kann für eine Verbesserung der Kontaktfläche des
Gelenkpunktes 261 eine entsprechende Lagerbuchse angeordnet werden.
Für den Antrieb von vier in einem Zylinderkopf angeordneten Ventilen 252, wobei
die Einlass- und die Auslassventile 252 voneinander getrennt, beiderseitig zu einer
Nockenwelle angeordnet sind, können, um Raum zu sparen, etwa zwei Ventile 252
durch einen mittig angeordneten, gegabelten Schwinghebel 253 und zwei Ventile
252 durch zwei beiderseitig von dem Schwinghebel 253, spiegelbildlich zu dem
Schwinghebel 253 angeordnete Schwinghebel betätigt werden. Hierbei können alle
Schwinghebel durch eine etwa mittig angeordnete Nockenwelle angetrieben werden
und auf einem Ventilspiel-Ausgleichselement gelagert sein.
Fig. 20 zeigt eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung, durch die
während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos verändert,
stufenlos Phasenverschiebungen der Ventilbetätigung und ein kontinuierliches
Schließen sowie eine kontinuierliche Öffnung der Ventile hergestellt werden können.
Der Schwinghebel 262 weist, um den Raumbedarf der Hubventilsteuerung zu
vermindern, als Freiraum für den Nocken 263 mittig eine Ausnehmung 264 auf,
welche die Erhebung des Nockens 263 berührungsfrei durchläuft, wobei der
Schwinghebel 262 in dem Bereich der Ausnehmung 264 ein in die Richtung des
Nockens 263 geöffnetes U-Profil aufweist. Gemäß Fig. 20 besitzt die
Hubventilsteuerung für die Betätigung eines Ventiles 265 oder mehrerer Ventile 265
einen Stößel 266 oder Stößel 266 in entsprechender Anzahl, die von dem
Schwinghebel 262 angetrieben werden und als Ventilspiel-Ausgleichselement
ausgebildet sein können. Der Stößel 266, in seiner Führungsbohrung drehfest
gehalten, greift mit einer kreisförmig nach außen gewölbten Kontaktfläche 267 in die
kreisförmig nach innen gewölbte Kontaktfläche 268 des Schwinghebels 262 ein. Die
Kontaktfläche 267 des Stößels 266 ist aus einem Vierkant gefertigt, so dass die
Kontaktfläche 267 die Mantelfläche eines Halbzylinders als Oberfläche aufweist. Auf
dem Stößel 266 kann auch eine Rolle angeordnet sein, die in die Kontaktfläche 268
des Schwinghebels 262 eingreift. Während eines Verstellvorganges, bei dem sich
die Nockenrolle 269 auf dem Nockengrundkreis befindet, führt der Schwinghebel
262 eine parallel geführte Kreisbewegung aus, die dadurch bewirkt wird, dass der
Schwinghebel 262 zum einen sich an seinem einen Ende mit seiner Nockenrolle
269 auf dem Grundkreis des Nockens 263 in einem Kreisbogen abrollt und zum
anderen an seinem anderen Ende durch den Gelenkpunkt 270 eines von einer
Steuerwelle 271 angetriebenen Stellhebels 272 in einem Kreisbogen geführt wird,
wobei beide Kreisbögen eine gleiche Radiuslänge besitzen. Hierbei entspricht der
Abstand L dem Abstand von der Drehachse der Steuerwelle 271 zu der Drehachse
des Gelenkpunktes 270 auf dem Stellhebel 272 und der Summe aus der Radius
länge R2 des Nockengrundkreises und der Radiuslänge R3 der Nockenrolle 269.
Da die Kontaktfläche 268 des Schwinghebels 262 nach innen gewölbt ist, ergibt
sich, um einen parallel geführten Kreiseingriffs des Schwinghebels 262 zu erzielen,
für die Kontaktfläche 268 eine Radiuslänge R, die sich aus dem Abstand L und der
Radiuslänge R1 der kreisförmigen Kontaktfläche 267 des Stößels 266
zusammensetzt. Somit ist R = L + R1 und L = R2 + R3. Solange sich die
Nockenrolle 269 auf dem Grundkreis des Nockens 263 befindet, verharrt der Stößel
266 während eines Verstellvorganges im Stillstand, wodurch das Ventilspiel
konstant bleibt. In den Verstellpositionen von der maximalen Hublänge bis zu einem
kontinuierlichen Schließen der Ventile 265 verlaufen die Verbindungslinie L
zwischen der Drehachse der Steuerwelle 271 und der Drehachse des
Gelenkpunktes 270 auf dem Steuerhebel 272, die Verbindungslinie L zwischen der
Drehachse des Nockens 263 und der Drehachse der Nockenrolle 269 sowie die den
Eingriffspunkt der Kontaktfläche 267 des Stößels 266 auf der Kontaktfläche 268 des
Schwinghebels 262 und den Mittelpunkt der kreisförmigen Kontaktfläche 267 des
Stößels 266 durchlaufende Verbindungslinie parallel zueinander. Die Längsachse
des Stößels 266 sollte hierbei zu der Längsachse des Schwinghebels 262 in einem
derartigen Winkel verlaufen, dass sich in dem überwiegend eingestellten
Verstellbereich der kürzeste Gleitweg zwischen der Kontaktfläche 267 des Stößels
266 und der Kontaktfläche 268 des Schwinghebels 262 ergibt.
Der Verstellweg des Gelenkpunktes 270 von dem Stellhebel 272 ist durch die
Stellpunkte A-D unterteilt. Bewegt sich der Gelenkpunkt 270 von dem Stellpunkt A
in die Richtung des Stellpunktes C, wird der Ventilhublänge verkürzt. Hierbei ist in
dem Stellpunkt A die maximale Ventilhublänge, in dem Stellpunkt B eine mittlere
Ventilhublänge und in dem Bereich des Stellpunktes C ein kontinuierliches
Schließen der Ventile 265 eingestellt. In dem Bereich des Stellpunktes C, weist der
Schwinghebel 262 eine sich an seine Kontaktfläche 268 anschließende, nach außen
gewölbte, kreisförmig um seine Drehachse verlaufende Kontaktfläche 273 auf,
wodurch bei einem erfolgenden Eingriff der Kontaktfläche 267 des Stößels 266 in
die Kontaktfläche 273 die Ventile 265 nicht betätigt werden. Hierbei stellt sich der
Schwinghebel 262 mit seiner Nockenrolle 269 durch den Eingriff des Nockens 263
und durch die Schwerkraft angetrieben aus dem Eingriffskreis des Nockens 263 und
legt sich auf dem Zylinderkopfboden ab. Für die Herstellung einer kontinuierlichen
Ventilöffnung weist der gegabelte Stellhebel 272 an jedem Gabelholm eine
Stellnase 274 auf, wobei beide Stellnasen 274 hierfür den Stößel 266 durch den
Eingriff in seine Kontaktfläche 267 bewegen und hierdurch die kontinuierliche
Öffnung der Ventile 265 herstellen, wenn sich der Gelenkpunkt 270 in dem Bereich
des Stellpunktes D befindet. Durch eine Veränderung der Position der Stellnasen
274 auf der Kontaktfläche 267 des Stößels 266 kann die Ventilhublänge während
der kontinuierlichen Öffnung des Ventiles 265 stufenlos eingestellt werden. Wird der
Stellhebel 272 zwischen den Stellpunkten A-C verschwenkt, bewegt sich die
Nockenrolle 269 des Schwinghebels 262 auf der Eingriffsfläche des Nockens 263,
wodurch auf einfache Weise eine stufenlose Phasenverschiebung der
Ventilbetätigung hergestellt und ein Nockenwellenversteller ersetzt wird. Hierbei
kann in vorteilhafter Weise, wenn die Kraftmaschine von dem Volllastbereich in
einen Teillastbereich gestellt wird, zum einen eine Verkürzung der Ventilhublänge
eingestellt werden, wobei gleichzeitig bei den Einlassventilen das Schließen
stufenlos auf "früh" und bei den Auslassventilen das Öffnen stufenlos auf "spät"
eingestellt werden. Bei in der Fig. 20 dargestellten Anordnung dreht sich hierfür die
Nockenwelle für die Einlassventile gegen den Uhrzeigersinn und bei den
Auslassventilen im Uhrzeigersinn. Da die Hubventilsteuerungen für die Einlass- und
Auslassventile im Normalfall zueinander spiegelbildlich angeordnet sind, kann der
Antrieb der Hubventilsteuerungen für die Einlass- und Auslassventile durch eine
Nockenwelle erfolgen.
Die Kontaktfläche 267 des Stößels 266 kann auch die Form einer Halbkugel oder
einer Kalotte aufweisen, wobei hier die Kontaktfläche 268 des Schwinghebels 262
eine entsprechende kreisförmige Hohlkehle aufweist und der Stößel 266 drehbar in
seiner Führungsbohrung angeordnet sein kann.
Für die Betätigung einer Einspritzpumpe kann der Stößel als Pumpenkolben
ausgeführt sein, wodurch in vorteilhafter Weise durch die Hubventilsteuerung die
Regelung der Einspritzmenge energiesparend durch eine stufenlose Verstellung des
Pumpenhubes bei einer gleichzeitig erfolgenden stufenlosen Verstellung des
Einspritzzeitpunktes erfolgt.
Durch eine Anordnung der Hubventilsteuerung über Kopf kann diese etwa in
einem Kurbelgehäuse angeordnet werden, von wo der Stößel 266 einen im
Zylinderkopf angeordneten Kipphebel über eine Stößelstange antreibt.
Fig. 21 und 22 zeigen eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung,
durch die während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge stufenlos
verändert, stufenlos Phasenverschiebungen der Ventilbetätigung und ein
kontinuierliches Schließen und eine kontinuierliche Öffnung der Ventile hergestellt
werden können.
Für die Betätigung der Ventile 275 weist die Hubventilsteuerung einen
bogenförmigen Schwinghebel 276 auf, der an seinem einen Ende über eine
Nockenrolle 277 durch einen Nocken 278 angetrieben wird und an seinem anderen
Ende in dem Gelenkpunkt 279 eines von einer Steuerwelle 280 angetriebenen
Stellhebels 281 gelagert ist. Anstelle eines bogenförmigen Schwinghebels 276 kann
auch ein t-förmiger Schwinghebel eingesetzt werden. Für die Betätigung zweier
Ventile 275 sind beiderseitig von dem bogenförmigen Schwinghebel 276 jeweils auf
einem Ventilspiel-Ausgleichselement 282 gelagerte Schwinghebel 283 angeordnet,
wobei die Ventilspiel-Ausgleichselemente 282 im Zylinderkopf angeordnet sind.
Sollen ein Ventil 275 oder drei Ventile 275 betätigt werden, sind zwei bogenförmige
Schwinghebel 276 angeordnet, wobei für die Betätigung eines Ventiles 275
zwischen den bogenförmigen Schwinghebeln 276 ein Schwinghebel 283 und für die
Betätigung von drei Ventilen 275 an beiden Außenseiten der bogenförmigen
Schwinghebel 276 je ein weiterer Schwinghebel 283 angeordnet sind. Zwischen
beiden bogenförmigen Schwinghebeln 276 ist die Nockenrolle 277 auf einer die
beiden bogenförmigen Schwinghebel 276 verbindenden Achse angeordnet. Gemäß
Fig. 21 und 22 ist der bogenförmige Schwinghebel 276 durch zwei aus Flachstäben
gefertigte Gelenkstäbe 284 mit den beiden, die Ventile 275 betätigenden
Schwinghebeln 283 verbunden, wobei die Gelenkstäbe 284 zum einen eine obere
Achse 285 aufweisen, die in den beiden Schwinghebeln 283 drehbar gelagert ist
und zum anderen eine untere Achse 286 aufweisen, die in dem bogenförmigen
Schwinghebel 276 drehbar gelagert ist. Die Gelenkstäbe 284 können auch einteilig
ausgeführt und auch mit der die Schwinghebel 283 antreibenden Achse 285
integriert sein. Das Ventilspiel wird während eines Verstellvorganges von der
maximalen Ventilhublänge bis zu einem kontinuierlichen Schließen der Ventile 275,
solange die Nockenrolle 277 in den Nockengrundkreis eingreift, dadurch nicht
verändert, dass der bogenförmige Schwinghebel 276 an seinem Gelenkpunkt 279
durch den Stellhebel 281 in einem Kreisbogen geführt wird, der eine Radiuslänge
der Kreisbögen aufweist, welcher gleich der Länge (L) und der Radiuslänge der
Kreisbögen ist, auf denen sich die Drehachse der sich auf dem Grundkreis des
Nockens 278 abrollenden Nockenrolle 277 um die Drehachse des Nockens 278 und
sich die Drehachse der im bogenförmigen Schwinghebel 276 gelagerten, unteren
Achse 286 der Gelenkstäbe 284, durch die Gelenkstäbe 284 geführt, um die
Drehachse der in den beiden Schwinghebeln 283 gelagerten oberen Achse 285
bewegt. Hierbei verlaufen während einer Stellbewegung von einer maximalen
Hublänge bis zu einem kontinuierlichen Schließen der Ventile 275 die Systemlinien,
welche die Drehachse des Nockens 278 mit der Drehachse der Nockenrolle 277,
die Drehachse der oberen Achse 285 mit der Drehachse der unteren Achse 286 auf
den Gelenkstäben 284 und die Drehachse der Steuerwelle 280 mit der Drehachse
des Gelenkpunktes 279 auf dem Stellhebel 281 verbinden, immer parallel
zueinander, solange die Nockenrolle 277 sich auf dem Nockengrundkreis befindet.
Der bogenförmige Schwinghebel 276 führt hierdurch eine parallel geführte
Kreisbewegung aus, wodurch die Schwinghebel 283 im Stillstand gehalten werden.
Um ein Verschwenken der Schwinghebel 283 um die Längsachse der Ventilspiel-
Ausgleichselemente 282 zu verhindern, weisen die auf die Ventile 275 gerichteten
Kontaktflächen 287 beiderseitig angeordnete Führungsschienen 288 auf. Ist die
Hubventilsteuerung für eine Betätigung der Ventile 275 eingestellt, werden bei
einem Krafteingriff des Nockens 278 auf die Nockenrolle 277 die Gelenkstäbe 284
durch den bogenförmigen Schwinghebel 276 über die untere Achse 286 mit einer
Zugkraft beaufschlagt, wodurch über die obere Achse 285 die Schwinghebel 283
angetrieben und hierdurch die Ventile 275 betätigt werden. Mit der Einstellung einer
Veränderung der Ventilhublänge wird durch den wandernden Eingriff der
Nockenrolle 277 auf der Nockenbahn gleichzeitig eine stufenlose
Phasenverschiebung der Ventilbetätigung hergestellt.
Der Verstellweg des den bogenförmigen Schwinghebel 276 führenden
Gelenkpunktes 279 ist durch die Stellpunkte A-D unterteilt. Bewegt sich der
Gelenkpunkt 279 von dem Stellpunkt A in die Richtung des Stellpunktes C, wird die
Ventilhublänge verkürzt. In dem Stellpunkt A ist die maximale Ventilhublänge
eingestellt, in dem Stellpunkt B ist eine mittlere Ventilhublänge und in dem Bereich
des Stellpunktes C ist ein kontinuierliches Schließen der Ventile 275 eingestellt.
Hierbei ist in dem Stellpunkt A der Winkel α, dessen Scheitelpunkt in der Drehachse
der unteren Achse 286 liegt, zwischen der Systemlinie der Gelenkstäbe 284 und der
Systemlinie, die von der Drehachse der unteren Achse 286 zu der Drehachse des
Gelenkpunktes 279 führt, am größten, wobei diese Systemlinie durch die
Biegesteifigkeit des bogenförmigen Schwinghebels 276 als Stab betrachtet werden
kann. Während der Verstellbewegung von dem Stellpunkt A über den Bereich des
Stellpunktes B in die Richtung des Stellpunktes C vermindert sich die Größe des
Winkels α, wobei im Bereich des Stellpunktes C der Winkel α die Größe 0
annimmt, wodurch der bogenförmige Schwinghebel 276 keine Kraft mehr über die
Gelenkstäbe 284 auf die Schwinghebel 283 übertragen kann, sich mit seiner
Nockenrolle 277, durch den Nocken 278 und durch die Schwerkraft angetrieben,
aus dem Eingriffskreis des Nockens 278 bewegt, sich auf ein Widerlager 289 ablegt
und ein kontinuierliches Schließen der Ventile 275 herbeiführt. Bewegt sich der
Gelenkpunkt 279 des bogenförmigen Schwinghebels 276 in den Bereich des
Stellpunktes D, wird eine kontinuierliche Öffnung der Ventile 275 dadurch
hergestellt, dass der den bogenförmigen Schwinghebel 276 an dem Gelenkpunkt
279 mittels einer Gabel umfassende Stellhebel 281 an beiden Gabelholmen eine
Stellnase 290 aufweist, die durch den Kontakt mit der oberen Achse 285 der
Gelenkstäbe 284 die Schwinghebel 283 nach unten bewegt und somit die Ventile
275 kontinuierlich betätigt. Die beiden Flachstäbe der Gelenkstäbe 283 bilden
hierbei einen ausreichend großen Zwischenraum, so dass die beiden Stellnasen
290 den Kontakt mit der Achse 285 herstellen können. Durch eine Veränderung der
Position der Stellarme 290 im Bereich des Stellpunktes D kann die Ventilhublänge
der kontinuierlichen Öffnung variiert werden.
Da mit einer Veränderung der Ventilhublänge gleichzeitig eine
Phasenverschiebung der Ventilbetätigung durchgeführt wird, kann hierdurch, wenn
z. B. bei einer Verminderung der Drehzahl und Leistung der Kraftmaschine in
vorteilhafter Weise eine Verkürzung der Ventilhublänge eingestellt wird, gleichzeitig
bei den Einlassventilen 275 der Schließzeitpunkt in vorteilhafter Weise stufenlos auf
"früh" gestellt werden, wenn die Drehachse des Nockens 278 entgegengesetzt zu
der Drehrichtung der Steuerwelle 280 rotiert. Bei den Auslassventilen 275 kann
hierbei mit einer Verminderung der Ventilhublänge gleichzeitig der
Öffnungszeitpunkt in vorteilhafter Weise stufenlos auf "spät" gestellt werden, wenn
die Drehachse des Nockens 278 in der Drehrichtung der Steuerwelle 280 rotiert.
Durch eine Anordnung der Hubventilsteuerung über Kopf, wobei die
Hubventilsteuerung in einem Kurbelgehäuse angeordnet sein kann, können von
einem oder mehreren Schwinghebeln 283 im Zylinderkopf angeordnete Kipphebel
über Stößelstangen angetrieben werden.
Von den Hubventilsteuerungen gemäß Fig. 9, 11, 13, 14, 15, 16, 17, 20 und 21
können mehrere Einheiten nebeneinander angeordnet werden, wobei diese
wechselseitig aktiviert werden können. Diese Hubventilsteuerungen weisen
Stellhebel 127, 160, 189, 202, 230, 239, 272 oder 281 auf, die durch Schaltwellen,
durch Pleuel, die von einer Kurbel- oder Exzenterwelle angetrieben werden, oder
durch entsprechende Kurbelschleifen derart gesteuert werden, dass ein oder
mehrere Ventile eines Zylinders über wechselseitig zu aktivierende Schwing-, Kipp-
oder Winkelhebel durch unterschiedliche Nocken angetrieben, abgeschaltet oder mit
einer kontinuierlichen Öffnung beaufschlagt werden können. So können z. B. die
Ventile einer Kraftmaschine für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung durch
Nocken mit zwei Erhebungskurven angetrieben werden, so dass im
Zweitaktverfahren die Ansaugluft über eine Drosselklappe in das Ansaugsystem
gepumpt wird. Für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung und einer
gleichzeitigen Energierückgewinnung kann die Ansaugluft im Zweitaktverfahren in
einen Druckbehälter gepumpt und für einen druckluftmotorischen Betrieb der
Kraftmaschine diese Druckluft in der Kraftmaschine im Zweitaktverfahren entspannt
werden.
Die Stellhebel 127, 160, 189, 230, 239, 272 und 281 können auch als Exzenter
ausgebildet sein, wobei die Exzenter von Schubstangen angetrieben werden.
Die Hubventilsteuerungen gemäß Fig. 13, 14, 15, 16, 17, 20 und 21 eignen sich
in vorteilhafter Weise für die Betätigung von Einspritzpumpen, da durch diese
Hubventilsteuerungen die Regelung der Einspritzmenge energiesparend durch eine
stufenlose Längenveränderung des Pumpenhubes erfolgen kann. Mittels der
Hubventilsteuerungen gemäß Fig. 14, 16, 17, 20 und 21 wird mit einer stufenlosen
Längenveränderung des Pumpenhubes auf einfache Weise gleichzeitig der
Einspritzzeitpunkt stufenlos verstellt, wobei durch eine entsprechende Drehrichtung
der Nockenwelle mit einer Verminderung der Einspritzmenge gleichzeitig der
Einspritzzeitpunkt auf "spät" gestellt werden kann.
Fig. 23, 24 und 25 zeigen eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung,
durch die während des Betriebes der Kraftmaschine stufenlos die Ventilhublänge
und die Ventilöffnungsdauer verändert, ein kontinuierliches Schließen und eine
kontinuierliche Öffnung der Ventile eingestellt werden können. Um die Anordnung
von Rückstellfedern oder die gleichzeitige Anordnung von Öffnungs- und
Schließnocken zu vermeiden, wird die Hubventilsteuerung durch eine Kurbel- oder
Exzenterwelle über ein Pleuel angetrieben.
Für die Betätigung der Ventile 291 weist die Hubventilsteuerung einen auf einem
Ventilspiel-Ausgleichselement 292 gelagerten Schwinghebel 293 auf, der zwei
Ventile 291, um ungleich hohe Kontaktflächen der Ventile 291 auszugleichen, über
einen Waagebalken 294 antreibt. Hierbei ist das Ventilspiel-Ausgleichselement 292
in dem Zylinderkopf eingesetzt. Der Waagebalken 294 ist mittig in einem
Drehgelenk 295 des Schwinghebels 293 um eine Achse drehbar gelagert, die etwa
senkrecht zu den Längsachsen der Ventile 291 verläuft, wenn die Ventile 291 mit
der Hälfte ihrer im Normalbetrieb eingestellten Hublänge betätigt sind. Für die
Betätigung von zwei Ventilen 291 weist der Waagebalken 294 abgeflachte
Kugelgelenke 296 auf, um in allen vorkommenden Betätigungspositionen der
Ventile 291 eine einwandfreie Kraftübertragung gewährleisten zu können. Der
Schwinghebel 293 weist eine Kontaktfläche 297 auf, in die eine auf einer Achse 298
angeordnete Rolle 299 eingreift, wobei die Achse 298 in den Bohrungen eines aus
zwei Flachstäben gefertigten Pleuels 300 gehalten ist und die Rolle 299 zwischen
beiden Flachstäben des Pleuels 300 auf der Achse 298 gelagert ist. An den
Außenseiten der Flachstäbe des Pleuels 300 sind zwei weitere Rollen 301 auf der
Achse 298 gelagert, die während einer Verstellbewegung abwechselnd in eine
Grundkontaktfläche 302 und in die in verschiedenen Richtungen sich an die
Grundkontaktfläche 302 anschließenden Kontaktflächen 303 und 304 einer
Steuerwelle 305 eingreifen, wobei die mittlere Rolle 299 keinen Kontakt mit der
Steuerwelle 305 besitzt. Das Pleuel 300 wird von einer Kurbel- oder Exzenterwelle
306 angetrieben und bewegt die Achse 298 mit den Rollen 299 und 301 während
des Betriebes der Kraftmaschine in einer Schwingbewegung. Das Pleuel 300 kann
auch einteilig, aus einem Stab hergestellt sein, wobei die Achse 298 in den
Bohrungen einer Gabel des Pleuels 300 befestigt und die Rolle 299 zwischen den
Gabelholmen des Pleuels 300 auf der Achse 298 gelagert ist. Die Kontaktfläche 297
des Schwinghebels 293 verläuft nach innen gewölbt in einem Kreisbogen, dessen
Mittelpunkt, wenn die Ventile 291 geschlossen sind, in der Drehachse der
Steuerwelle 305 liegt. Die Grundkontaktfläche 302 der Steuerwelle 305 verläuft
nach außen gewölbt, kreisförmig um die Drehachse der Steuerwelle 305. Der
Radius R der Kontaktfläche 297 des Schwinghebels 293 ergibt sich aus der Summe
der Radiuslänge R1 der kreisförmigen Grundkontaktfläche 302 der Steuerwelle 305,
der Radiuslänge R2 der beiden äußeren Rollen 301 und der Radiuslänge R3 der
inneren Rolle 299. Somit ist R = R1 + R2 + R3. Für die Herstellung eines
kontinuierlichen Schließens der Ventile 291 greifen die beiden Rollen 301 in die
beiden nebeneinander verlaufenden Grundkontaktflächen 302 der Steuerwelle 305
und die mittlere Rolle 299 in die Kontaktfläche 297 des Schwinghebels 293 ein,
wobei die Achse 298 zwischen den Grundkontaktflächen 302 der Steuerwelle 305
und der Kontaktfläche 297 des Schwinghebels 293 eine Schwingbewegung in
einem Kreisbogen ausführt und die Ventile 291 hierbei nicht betätigt werden. Die
Länge der Grundkontaktfläche 302 und der Kontaktfläche 297 muss für die von den
Rollen 299 und 301 ausgeführten Schwingbewegungen ausreichend sein. Für die
Betätigung der Ventile 291 greifen die beiden Rollen 301 in die sich an die
Grundkontaktflächen 302 der Steuerwelle 305 anschließenden, nach innen
gewölbten, den Außendurchmesser der Steuerwelle 305 erheblich überragenden
Kontaktflächen 303 ein, wobei hierfür die Steuerwelle 305 aus der Position des
kontinuierlichen Schließens der Ventile 291 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn
verdreht wird. Während bei einem Eingriff der beiden äußeren Rollen 301 in den
vorderen Bereich der Kontaktflächen 303 die Ventile 291 mit einer kurzen
Ventilhublänge bei einer kurzen Ventilöffnungsdauer betätigt werden, wird durch ein
weiteres Verdrehen der Steuerwelle 305 gegen den Uhrzeigersinn der Eingriff der
Rollen 301 in den hinteren Bereich der Kontaktflächen 303 verlagert, wodurch eine
Betätigung der Ventile 291 mit einer sich stufenlos vergrößernden Ventilhublänge
bei einer sich stufenlos verlängernden Ventilöffnungszeit erzielt wird. Während einer
Veränderung der Ventilöffnungszeit und der Ventilöffnungsdauer bewegen sich der
Öffnungspunkt und der Schließpunkt der Ventile 291 mit einer etwa gleichen
Drehwinkelgeschwindigkeit, in einander entgegengesetzter Drehrichtung. Die nach
innen gewölbte Kontaktflächen 303 der Steuerwelle 305 sollte derart gestaltet sein,
dass zu jeder einzustellenden Ventilhublänge eine optimale Ventilöffnungsdauer
eingestellt ist. Kann die Kurbel- oder Exzenterwelle 306 durch einen stufenlos
arbeitenden Drehwinkelversteller, wie dieser als Nockenwellenversteller verwendet
wird, in ihrem Drehwinkel versteift werden, können hierbei der Ventilöffnungspunkt
oder der Ventilschließpunkt auf einen optimalen Drehwinkel eingestellt werden,
wobei hierbei auch eine optimale Ventilhublänge eingestellt ist. Mittels der Kurbel-
oder Exzenterwellen 306 und den in die Kontaktflächen 303 eingreifenden Rollen
301 können Ventilerhebungskurven erzielt werden, die den durch Nocken erzeugten
Ventilerhebungskurven ähnlich sind. Die für die Betätigung der Ventile 291
verwendeten Kontaktflächen 303 können auch s-förmig ausgebildet werden,
wodurch fülligere Ventilerhebungskurven erzielt werden. Für die Herstellung einer
kontinuierlichen Öffnung der Ventile 291 schließen sich an die Grundkontaktflächen
302 in zu den Kontaktflächen 303 entgegengesetzter Richtung die über Rampen
307 verbundenen, kreisförmig nach außen gewölbten Kontaktflächen 304 an, die
einen größeren Radius als die Grundkontaktflächen 302 aufweisen und deren
Kreismittelpunkt in der Drehachse der Steuerwelle 305 liegt. Durch ein Verdrehen
der Steuerwelle 305 im Uhrzeigersinn werden die beiden äußeren Rollen 301 auf
die Kontaktflächen 304 gestellt, wodurch eine kontinuierliche Öffnung der Ventile
291 eingestellt wird. Die Länge der Kontaktflächen 304 muss für die von den Rollen
301 ausgeführten Schwingbewegungen ausreichend sein. Durch eine
hintereinander erfolgende Anordnung derartiger Kontaktflächen 304, die
nacheinander einen größeren Radius aufweisen, können kontinuierliche
Ventilöffnungen mit einem unterschiedlichen Ventilhub eingestellt werden. Auch
können hier Kontaktflächen nutzbringend sein, die Wölbungen in unterschiedlichen
Formen aufweisen wie etwa symmetrische oder asymmetrische, nach außen oder
innen gekrümmte Wölbungen, wodurch während einer kontinuierlichen Öffnung der
Ventile 291 der Hub ihrer kontinuierlichen Öffnung in Abhängigkeit von der Drehzahl
der Kurbel- oder Exzenterwelle 306 variiert werden kann.
Für den Antrieb nur eines Ventiles 291 entfällt der Waagebalken 294 und der
Schwinghebel 293 treibt das Ventil 291 direkt über seine hierfür vorgesehene
Kontaktfläche an. Ein gleichzeitiger Antrieb von drei Ventilen 291 kann durch die
Hubventilsteuerung dadurch erfolgen, dass auf der Achse 298 an den Außenseiten
der Rollen 301 je eine weitere Rolle 299 angeordnet ist, die auch einen
Schwinghebel 293 über seine Kontaktfläche 297 antreibt, wobei jeder Schwinghebel
293 auf einem im Zylinderkopf angeordneten Ventilspiel-Ausgleichselement 292
gelagert ist.
Eine Ausführung der Hubventilsteuerung in Anlehnung an die Hubventilsteuerung
der Fig. 18 ist auch hier möglich, wobei die mittlere Rolle 299 der Achse 298
räumlich gelenkig ausgeführt ist und längs geführt in die Kontaktfläche 297 eines
gabelförmigen, auf einem Ventilspiel-Ausgleichselement 292 gelagerten
Schwinghebels 253, Fig. 18 eingreift, wodurch gleichzeitig zwei Ventile 291 mit
unterschiedlich hohen Kontaktflächen betätigt werden können.
Weiterhin kann die Hubventilsteuerung auch derartig gestattet sein, dass zwei
Ventile 291 gleichzeitig durch zwei Schwinghebel 293 angetrieben werden, wobei
hierfür die Steuerwelle 305 nur eine Grundkontaktfläche 302 und jeweils eine
Kontaktfläche 303 und 304 für eine mittig auf der Achse 298, zwischen den
Flachstäben oder Gabelholmen des Pleuels 300 angeordnete Rolle 301 aufweist
und die beiden Schwinghebel 293 über ihre Kontaktfläche 297 durch jeweils eine
auf der Achse 298 an beiden Außenseiten der Flachstäbe oder der Gabelholme des
Pleuels 300 angeordnete Rolle 299 angetrieben werden. Hierbei können auch die
beiden Schwinghebel 293 miteinander verbunden sein, wodurch beide
Schwinghebel 293 für eine automatische Ve 84518 00070 552 001000280000000200012000285918440700040 0002010036373 00004 84399ntilspieleinstellung gemeinsam von
einem im Zylinder angeordneten Ventilspiel-Ausgleichselement 292 nachgestellt
werden können.
Mittels der gemäß Fig. 23, 24 und 25 gestalteten Hubventilsteuerungen kann,
wenn die Hubventilsteuerung über Kopf etwa in einem Kurbelgehäuse angeordnet
ist, der Schwinghebel 293 einen im Zylinderkopf angeordneten Kipphebel über eine
Stößelstange antreiben, der dort ein oder mehrere Ventile betätigt.
Um Lagerungen der Pleuel 300 mit einem geteilten Pleuelfuß zu umgehen,
können die Pleuel 300 für eine vereinfachte Montage in ihrer Längsrichtung, mittig
durch ihre Lagerungsbohrungen z. B. mittels einer Bruchtrennung geteilt ausgeführt
sein, wobei diese Pleuel 300 für ihre Montage, nachdem ihre geteilten Stäbe auf die
Kurbelzapfen oder Exzenterscheiben der Kurbel- oder Exzenterwellen 306
aufgesetzt sind und die Achse 298 in ihre entsprechenden Bohrungen der Pleuel
300 eingesetzt ist, quer zu ihrer Längsachse verschraubt oder durch andere Mittel
wie Klammem miteinander verbunden werden. Um den Einsatz von geteilten
Lagerschalen zu vermeiden, können die Pleuel 300 aus Lagerwerkstoff hergestellt
sein.
Die Grundkontaktfläche 302 und die beiden Kontaktflächen 303 und 304 können
in einem Ring eingearbeitet sein, der etwa mittels einer Press- oder
Schraubverbindung auf der Steuerwelle 305 befestigt ist.
Fig. 26 und 27 zeigen eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung,
durch die während des Betriebes der Kraftmaschine die Ventilhublänge und die
Ventilöffnungsdauer stufenlos verändert und ein kontinuierliches Schließen der
Ventile eingestellt werden können. Eine kontinuierliche Öffnung der Ventile ist
hierbei nur durch eine erhebliche Erhöhung des Raumbedarfs der
Hubventilsteuerung möglich und ist in Fig. 26 und 27 nicht dargestellt. Um die
Anordnung von Rückstellfedern oder die gleichzeitige Anordnung von Öffnungs- und
Schließnocken zu vermeiden, wird die Hubventilsteuerung durch eine Kurbel- oder
Exzenterwelle über ein Pleuel angetrieben.
Für die Betätigung der Ventile 308 weist die Hubventilsteuerung zwei auf einem
eigenen Ventilspiel-Ausgleichselement 309 gelagerte Schwinghebel 310 auf, wobei
die beiden Ventilspiel-Ausgleichselemente 309 im Zylinderkopf angeordnet sind. Die
beiden Schwinghebel 310 weisen eine geradlinige Kontaktfläche 311 auf, in die
jeweils eine auf einer Achse 312 angeordnete Rolle 313 eingreift, wobei die Achse
312 zwischen den beiden Rollen 313 in dem gabelförmigen Auge eines von einer
Kurbel- oder Exzenterwelle 314 angetriebenen Pleuels 315 gelagert ist und
zwischen den Gabelholmen des Pleuels 315 eine weitere Rolle 316 aufweist, die
nacheinander in eine geradlinige Grundkontaktfläche 317 und in eine sich an diese
anschließende, nach innen gewölbte Kontaktfläche 318 eines Gleitsteines 319
eingreift. Der Gleitstein 319, aus einem mit einer Platte verbundenen Rundprofil
hergestellt, ist längsbeweglich und unverdrehbar in einem Halter 320 gelagert und
wird über seine oben angeordnete Längsverzahnung durch die Drehung einer eine
Verzahnung aufweisenden Steuerwelle 321 in seiner Längsrichtung verstellt, wobei
die Steuerwelle 321 parallel zu der Kurbel- oder Exzenterwelle 314 verläuft. Die
Grundkontaktfläche 317 und die sich hier anschließe Kontaktfläche 318 sind in die
mit dem Rundprofil verbundene Platte des Gleitsteines 319 eingearbeitet. Der den
Gleitstein 319 aufweisende Halter 320 ist zum einen durch die Steuerwelle 321 und
zum anderen durch eine parallel zu der Steuerwelle 321 verlaufenden Haltestange
322 mittels in dem Halter 320 angeordneter Lagerungsbohrungen befestigt, wobei
diese Lagerungsbohrungen für eine einfache Montage durch die Anordnung eines
Abschlussdeckels 323 in geteilter Ausführung hergestellt sind. Für die aus
Wälzlagern gebildeten Rollen 313 und 316 sind die Innenringe in der Achse 312
integriert. Die Grundkontaktfläche 317 verläuft parallel zu der Längsachse des
Gleitsteines 319. Sind die Ventile 308 geschlossen, verlaufen die Kontaktflächen
311 der Schwinghebel 310 parallel zu der Grundkontaktfläche 317 des Gleitsteines
319, wobei hier zwischen den Kontaktflächen 311 und der Grundkontaktfläche 315
ein Abstand vorhanden ist, welcher der Summe der Radiuslänge der Rollen 313 und
der Radiuslänge der Rolle 316 entspricht, so dass die die Rollen 313 und 316
aufweisende Achse 312 hierbei auch ohne die Einwirkung der Ventilspiel-
Ausgleichselemente 309 ohne ein Spiel geradlinig geführt ist. Während der
Einstellung eines kontinuierlichen Schließens der Ventile 308 führt die Rolle 316
während der Rotation der Kurbel- oder Exzenterwelle 314 ihre Schwingbewegung
auf der hierfür eine genügende Länge aufweisenden Grundkontaktfläche 317 des
Gleitsteines 319 aus, wobei diese Schwingbewegung auch von den beiden Rollen
313 auf den hierfür eine genügende Länge aufweisenden Kontaktflächen 311 der
Schwinghebel 310 ausgeführt wird und hierbei die Ventile 308 nicht betätigt werden.
Für die Betätigung der Ventile 308 wird durch eine Drehbewegung der Steuerwelle
321 der Gleitstein 319 derart verstellt, dass die Rolle 316 während ihrer
Schwingbewegung in die nach innen gewölbte Kontaktfläche 318 des Gleitsteines
319 eingreift. Erreicht die Rolle 316 den Anfangsbereich der Kontaktfläche 318,
werden die Ventile 308 mit einer geringen Ventilhublänge und kurzen
Ventilöffnungsdauer betätigt. Durch eine weitere Verstellung des Gleitsteines 319
entsteht ein weitergehender Eingriff der Rolle 316 in die Kontaktfläche 318, wodurch
sich die Ventilhublänge vergrößert und die Ventilöffnungsdauer verlängert. Hierbei
bewegen sich die Öffnungs- und die Schließpunkte der Ventile 308 etwa in einer
gleichen Drehwinkelgeschwindigkeit, in einander entgegengesetzter Richtung. Die
nach innen gewölbte Kontaktfläche 318 der Steuerwelle 321 sollte eine derartige
Formgebung erhalten, dass zu jeder einzustellenden Ventilhublänge eine optimale
Ventilöffnungsdauer eingestellt werden kann. Besitzt der Antrieb der Kurbel- oder
Exzenterwelle 314 eine stufenlos arbeitende Drehwinkelverstellung, wie diese als
Nockenwellenversteller eingesetzt wird, kann hierbei, wenn in Abhängigkeit von
dem Drehzahl- und Leistungsbereich der Kraftmaschine in den entsprechenden
Einstellpositionen hierfür durch die Formgebung der Kontaktfläche 318 die
Ventilhublänge und gleichzeitig die Ventilöffnungsdauer optimal eingestellt sind,
auch die Phase der Ventilöffnungsdauer eingestellt werden, so dass hierdurch eine
optimale Einstellung der Ventilbetätigung in allen Drehzahl- und Leistungsbereichen
der Kraftmaschine hergestellt werden kann. Mittels der Kurbel- oder Exzenterwellen
314 und der in die Kontaktflächen 318 eingreifenden Rollen 316 können
Ventilerhebungskurven erzielt werden, die den durch Nocken erzeugten
Ventilerhebungskurven ähnlich sind.
Der Antrieb des Gleitsteines 317 kann auch mittels eines über eine Kurbel- oder
Exzenterwelle angetriebenen Pleuels, mittels einer Kurbelschleife und auch mittels
einer Schaltwelle erfolgen, wobei der Gleitstein 317 bei einem Einsatz einer nur in
einer Richtung antreibenden Schaltwelle durch eine Rückstellfeder oder einen
Rückstellnocken zu beaufschlagen ist. Bei einer Anordnung einer Schaltwelle
können einzelne Ventile oder Ventilgruppen 308 durch mehrere wechselseitig
einschaltbare Hubventilsteuerungen angetrieben werden, wodurch diese Ventile 308
in unterschiedlichen Steuerprogrammen angetrieben werden können.
Fig. 28 und 29 zeigen eine im Zylinderkopf angeordnete Hubventilsteuerung,
durch die während des Betriebes der Kraftmaschine stufenlos die Ventilhublänge
und die Ventilöffnungsdauer verändert, ein kontinuierliches Schließen und eine
kontinuierliche Öffnung der Ventile eingestellt werden können. Um die Anordnung
von Rückstellfedern oder die gleichzeitige Anordnung von Öffnungs- und
Schließnocken zu vermeiden, wird die Hubventilsteuerung durch eine Kurbel- oder
Exzenterwelle über ein Pleuel angetrieben.
Für die Betätigung eines Ventiles 324 weist die Hubventilsteuerung einen Stößel
325 auf, der als Ventilspiel-Ausgleichselement ausgebildet sein kann. Der Stößel
325, in einer Führungsbohrung des Zylinderkopfes drehfest gehalten, besitzt einen
Kontaktteller 326, in dessen nach innen gewölbte Kontaktfläche 327 eine zwischen
den Gabelholmen eines Pleuels 328 auf einer Achse 329 gelagerte Rolle 330
eingreift, wobei auf der Achse 329, an den beiden Außenseiten der Gabelholme des
Pleuels 328 zwei weitere Rollen 331 auf der Achse 329 gelagert sind, die in die
Grundkontaktflächen 332 und in die jeweils beiderseitig von den Grundkontakt
flächen 332 angeordneten Kontaktflächen 333 und 334 der Steuerwelle 335
eingreifen. Hierbei sind die Grundkontaktflächen 332 kreisförmig nach außen
gewölbt, die Kontaktflächen 333 nach innen gewölbt, den Durchmesser der
Steuerwelle 335 erheblich überragend und die Kontaktflächen 334 kreisförmig nach
außen gewölbt, wobei die Radiuslänge der Kontaktfläche 334 größer ist als die der
Grundkontaktfläche 332. Die Achse 329 ist in Bohrungen der Gabelholme des
Pleuels 328 befestigt und wird von einer Kurbel- oder Exzenterwelle 336 über das
Pleuel 328 angetrieben, wobei die Achse 329 zwischen den auf der oberen Seite
liegenden Grundkontaktflächen 332, den Kontaktflächen 333 sowie 334 und der auf
der unteren Seite liegenden Kontaktfläche 327 des Kontakttellers 326 eine
Schwingbewegung ausführt.
Für die Herstellung eines kontinuierlichen Schließens des Ventiles 324 führen die
beiden äußeren Rollen 331, von dem Pleuel 328 über die Achse 329 angetrieben,
Schwingbewegungen auf den Grundkontaktflächen 332 der Steuerwelle 335 aus,
während die mittlere, gleichfalls vom dem Pleuel 330 über die Achse 329
angetriebene Rolle 330 diese Schwingbewegungen auf der Kontaktfläche 327 des
Kontakttellers 326 ausführt. Durch die hierbei konzentrische Anordnung der
Grundkontaktflächen 332 und der Kontaktfläche 327, deren Kreismittelpunkt in der
Drehachse der Steuerwelle 335 liegt, führen die Rollen 330 und 331 zwischen den
Grundkontaktflächen 332 und der Kontaktfläche 327 ihre Schwingbewegung in
einem Kreisbogen aus, ohne das Ventil 324 zu betätigen. Die Radiuslänge R der
Kontaktfläche 327 des Kontakttellers 326 ergibt sich aus der Summe der
Radiuslängen R1 der Grundkontaktfläche 332, R2 der Rolle 330 und R3 der Rollen
331. Somit ist R = R1 + R2 + R3. Für die Betätigung des Ventiles 324 wird die
Steuerwelle 335 derart verdreht, dass die beiden Rollen 331 in die Kontaktflächen
333 eingreifen. Je weitergehender der Eingriff der Rollen 331 in die Kontaktflächen
333 erfolgt, je größer ist die erzeugte Ventilhublänge und Ventilöffnungsdauer. Für
die Herstellung einer kontinuierlichen Öffnung des Ventiles 324 wird die Steuerwelle
335 derart verdreht, dass die beiden Rollen 331 ihre Schwingbewegungen auf den
Kontaktflächen 334 ausführen, wodurch der Stößel 325 das Ventil 324 kontinuierlich
in einer Hublänge öffnet, die sich aus der Differenz zwischen der Radiuslänge der
Kontaktflächen 334 und der Radiuslänge R1 der Grundkontaktflächen 332 ergibt.
Über die Achse 329 können auch mehrere Stößel 325 angetrieben werden, wobei
hier für den Antrieb jedes Stößels 325 eine Rolle 330 vorgesehen ist und, um die
Biegemomente der Achse 329 gering zu halten, in jedem Zwischenraum der Stößel
325 eine Rolle 331 angeordnet ist, die wechselseitig in eine Grundkontaktfläche
332, in eine Kontaktfläche 333 oder in eine Kontaktfläche 334 der Steuerwelle 335
eingreift, wobei auch in jedem Zwischenraum der Rollen 330 und 331 ein Flachstab
oder ein Gabelholm des Pleuels 328 angeordnet werden können.
Die Stößel 325 können auch durch einen Gleitstein 317 gemäß Fig. 26 und 27
über die Rollen 316 angetrieben werden, wobei die Kontaktflächen 327 der
Kontaktteller 326 plan ausgeführt sind und rechtwinklig zu der Längsachse der
Stößel 325 verlaufen, wobei hier die Stößel 325 drehbar in ihrer Bohrung
angeordnet werden können, wenn die Kontaktteller 326 in einer ausreichenden
Größe kreisförmig ausgeführt ist.
Gemäß der Erfindung können die Hubventilsteuerungen gemäß Fig. 23, 26 und
28 die Rollen, die auch als Gleitsteine ausgeführt sein können, der durch die Pleuel
angetriebenen Achsen in entsprechend geformten Kurbelschleifen geführt werden,
wodurch eine desmodromische Ventilsteuerung hergestellt wird. Hierbei sind die
Kurbelschleifen sowohl auf den die Ventile betätigenden Schwinghebeln oder auf
den Kontakttellern der die Ventile betätigenden Stößel als auch in mit den
Steuerwellen oder den Gleitsteinen der Verstelleinrichtungen verbundenen
Scheiben angeordnet, wodurch die Ventile, ohne dass eine Ventilfeder angeordnet
ist, durch die Hubventilsteuerungen sowohl in der Öffnungs- als auch in der
Schließrichtung betätigt werden. Um Wärmedehnungen ausgleichen zu können,
sind die Schwinghebel oder Stößel mit einem Ventilspiel-Ausgleichselement
ausgerüstet, das eine Kraft in der Schließrichtung der Ventile ausübt und in der
Öffnungsrichtung der Ventile kraftschlüssig geschaltet ist.
Die Hubventilsteuerungen gemäß Fig. 23, 26 und 28 eignen sich vorteilhaft für
eine Betätigung von Ventilen 291, 308 und 324 über die eine Drucklufteinspeisung
in Zylinder für einen druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine erfolgt. Für
einen wirtschaftlichen Druckluftantrieb ist es erforderlich, wenn sich die Kolben im
Bereich des oberen Totpunktes befinden, in die Zylinder Luft nur mit einem so
großen Volumen einzuspeisen, dass am Ende des Expansionstaktes eine
weitgehende Entspannung der in die Zylinder eingespeisten Druckluft erfolgt, wobei
der optimale Drehwinkel dieser Einspeisung von der Druckhöhe der
einzuspeisenden Druckluft und von dem geforderten Drehmoment und
Drehzahlbereich der Kraftmaschine abhängig ist. Durch die Hubventilsteuerungen
gemäß Fig. 23, 26 und 28 wird es ermöglicht, für eine optimale
Drucklufteinspeisung eine Ventilöffnung in kleinen, stufenlos einstellbaren
Drehwinkeln bei einer gleichzeitigen Einstellung der Ventilhublänge vorzunehmen.
Weiterhin kann in vorteilhafter Weise durch einen in dem Antrieb der Kurbel- oder
Exzenterwelle 306, 314 und 336 angeordneten, stufenlos arbeitenden
Drehwinkelversteller zusätzlich der Beginn der Drucklufteinspeisung auf einen
optimalen Drehwinkel eingestellt werden.
Die Hubventilsteuerungen eignen auch für den Antrieb von Einspritzpumpen,
wobei hier die Regelung der Fördermenge energiesparend durch eine stufenlose
Veränderung der Pumpenhublänge und durch eine gleichzeitig erfolgende, stufenlos
veränderbare Betätigungsdauer auch in einem kurzen Drehwinkel erfolgen kann.
Durch die Anordnung eines stufenlos arbeitenden Drehwinkelverstellers in dem
Antrieb der Kurbel- oder Exzenterwelle 306, 314 und 336 kann der Einspritzpunkt,
den Drehzahl- und Leistungsbereichen der Kraftmaschine angepasst, eingestellt
werden.
Der in Fig. 28 und 29 dargestellte Stößel 325 kann auch als Pumpenkolben einer
Einspritzpumpe ausgeführt sein.
In Fig. 30-36 sind einander unterschiedliche Schaltpläne für überwiegend im
verbrennungsmotorischen Betrieb arbeitende Kraftmaschinen dargestellt, die mittels
einer Umsteuerung der Ventile mittels der gemäß der Erfindung gestalteten
Hubventilsteuerungen sowie mittels der Schaltung der Umsteuerventile der mit den
Kraftmaschinen verbundenen Rohrleitungssystemen von ihrem verbrennungs
motorischen Betrieb nach dem Viertaktverfahren auf einen in vorteilhafter Weise
nach dem Zweitaktverfahren erfolgenden Betrieb als Drucklufterzeuger mit einer
nachfolgenden Speicherung der Druckluft in einem oder mehreren
Druckluftbehältern und auf einen in vorteilhafter Weise nach dem Zweitaktverfahren
erfolgenden druckluftmotorischen Betrieb bei einer Entnahme der Druckluft aus dem
Druckluftbehälter geschaltet werden können. Für den verbrennungsmotorischen
Betrieb der Kraftmaschine nach dem Viertaktverfahren sind für jeden Zylinder, wie
bei Viertaktmotoren üblich, mindestens ein Einlass- und ein Auslassventil
vorzusehen, wobei hier auch mehrere Einlass- und Auslassventile für einen Zylinder
vorgesehen werden können. Durch die gemäß der Erfindung gestalteten
Hubventilsteuerungen werden die Ventile während des verbrennungsmotorischen
Betriebes in üblicher Weise jeweils von Nocken mit einer Erhebung angetrieben, da
die Nockenwelle, wie üblich, mit der halben Kurbelwellendrehzahl rotiert. Für den
Druckluftbetrieb werden die Ventile durch zwei zusätzlich angeordnete, zwei
Erhebungen aufweisende Nocken wechselseitig über die Hubventilsteuerungen
betätigt. Um die Anzahl der für den Druckluftbetrieb erforderlichen Nocken zu
reduzieren, können die Ventile, die durch ein entsprechend angeordnetes
Rohrleitungssystem sowohl während der Drucklufterzeugung als auch während des
druckluftmotorischen Betriebes der Kraftmaschine als Auslassventile eingesetzt
sind, über die Hubventilsteuerungen nur von einem Nocken mit zwei Erhebungen
betätigt werden, da hier das Ausstoßen der Druckluft während der
Drucklufterzeugung und das Ausstoßen der entspannten Druckluft während des
druckluftmotorischen Betriebes der Kraftmaschine in einem gemeinsamen
Drehwinkel erfolgen kann, wobei hierbei jedoch Leistungseinbußen in Kauf zu
nehmen sind. Für eine optimale Steuerung der Auslassventile für die
Drucklufterzeugung sollten sich die Auslassventile erst nach dem Erreichen des
unteren Totpunktes des Ansaugtaktes öffnen, während sich die Auslassventile für
den druckluftmotorischen Betrieb bereits vor dem Erreichen des unteren Totpunktes
des Expansionstaktes öffnen sollten. Das Schließen der Auslassventile sollte hierbei
für die Drucklufterzeugung nach dem Erreichen des oberen Totpunktes des
Ausstoßtaktes, während das Schließen der Auslassventile während des
druckluftmotorischen Betriebes bereits vor dem Erreichen des oberen Totpunktes
des Ausstoßtaktes erfolgen sollte, um rechtzeitig die hier nachfolgende
Drucklufteinspeisung vornehmen zu können. Die während des Druckluftbetriebes
nur durch einen Nocken betätigten Auslassventile können in einem Kompromiss
derart gesteuert werden, dass die Auslassventile vor dem Erreichen des unteren
Totpunktes geöffnet und vor dem Erreichen des oberen Totpunktes geschlossen
werden.
In den Schaltplänen der Fig. 30, 33 und 34 werden sowohl während der
Drucklufterzeugung als auch während des druckluftmotorischen Betriebes der
Kraftmaschine die gleichen Ventile als Auslassventile eingesetzt, so dass deren
Betätigung bei Inkaufnahme einer Leistungsminderung über die
Hubventilsteuerungen nur durch einen Nocken mit zwei Erhebungen erfolgen kann.
Sollte in dem Druckluftbehälter ein derart geringer Druck vorhanden sein, dass
keine ausreichende Bremsleistung durch eine Einleitung der Druckluft in die
Druckluftbehälter hergestellt werden kann, wird in dieser Situation für die
Herstellung einer erhöhten Bremsleistung die Druckluft über eine regelbare
Drosselklappe, die in dem hier vorhandenen Rückschlagventil integriert ist, in den
Druckluftbehälter geleitet.
Der verbrennungsmotorische Betrieb der Kraftmaschine kann durch die
Gestaltung der Hubventilsteuerungen und durch die Gestaltung des
Rohrleitungssystems mit seinen Umsteuerventilen ohne eine Leistungseinbuße
erfolgen.
Für einen druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine erfolgt die Einspeisung
der Druckluft in die Zylinder mittels einer stufenlosen Regelung der
Hubventilsteuerungen, wobei der Drehwinkel der Drucklufteinspeisung und hierbei
auch die Ventilhublänge derart eingestellt werden können, dass die in den Zylindern
eingespeiste Druckluft am Ende des Expansionstaktes weitgehend entspannt ist.
Ist in dem Druckluftbehälter ein höherer Druck vorhanden, als dieser für den
Betrieb der Kraftmaschine gefordert ist, wird ein in dem Drossel- und
Rückschlagventil des Druckluftbehälters integrierter, stufenlos einstellbarer
Druckregler aktiviert.
Bei einer entsprechenden Druckhöhe der in dem Druckluftbehälter befindlichen
Druckluft können durch die Hubventilsteuerungen Speisungen der Zylinder mit
Druckluft in der Weise vorgenommen werden, dass sich Arbeitsdiagramme mit
einem für das Dieselverfahren erwünschten Gleichdruckverlauf ergeben, wobei ein
mittlerer Druck im Zylinder erzielt werden kann, wie dieser bei einem
verbrennungsmotorischen Betrieb der Kraftmaschine vorhanden ist. Da der
druckluftmotorische Betrieb nach dem Zweitaktverfahren erfolgt, ist bei dem
druckluftmotorischen Antrieb der Kraftmaschine eine höhere Leistung zu erzielen,
als diese bei dem verbrennungsmotorischen Betrieb der Kraftmaschine nach dem
Viertaktverfahren erzielt werden kann.
Für den druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine kann es vorteilhaft sein,
wenn für die Drucklufteinspeisung bei jedem Zylinder ein gesondertes Ventil, das
einen Ventilteller mit einem kleineren Durchmesser aufweist, vorgesehen wird, das
in vorteilhafter Weise durch die Hubventilsteuerungen gemäß Fig. 23, 26 oder 28
betätigt wird, da diese Hubventilsteuerungen eine variable Ventilöffnung mit einem
geringen und variablen Drehwinkel erzeugen können. Dieses zusätzliche Ventil ist in
den Schaltplänen der Fig. 30-36 nicht dargestellt.
Die Zylinder der Kraftmaschine sind, um neben einen verbrennungsmotorischen
Betrieb auch einen gleichzeitigen Druckluftbetrieb der Kraftmaschine zu
ermöglichen, in zwei Gruppen eingeteilt, wobei jede Zylindergruppe ein eigenes
Rohrleitungssystem aufweist, wodurch unabhängig voneinander durch eine
während der Verstellung der Hubventilsteuerungen erfolgende Schaltung der
Umsteuerventile beider Rohrleitungssysteme die Zylindergruppen der
Kraftmaschine auf einander unterschiedliche Arbeitsprogramme geschaltet werden
können. Hierbei können beide Rohrleitungssysteme das Ansaugsystem, das
Abgassystem und das zu dem Druckluftbehälter führende Drossel- und
Rückschlagventil sowie den Druckregler gemeinsam nutzen.
Durch eine entsprechende Verstellung der Hubventilsteuerungen und Schaltung
des doppelten Rohrleitungssystems wird ein Betrieb der Kraftmaschine ermöglicht,
bei dem die Kraftmaschine Druckluft dadurch selbst erzeugt, dass die eine Gruppe
der Zylinder verbrennungsmotorisch und eine andere Gruppe der Zylinder als
Drucklufterzeuger arbeitet. Diese Drucklufterzeugung kann sowohl während der
Stillstandsphase als auch während der Fahrt des Fahrzeuges erfolgen, wenn die für
den Antrieb des Fahrzeuges erforderliche Leistung der Kraftmaschine eine
Drucklufterzeugung zulässt oder wenn die Kraftmaschine in einem unteren,
wirtschaftlich ungünstigen Drehzahlbereich arbeitet, wobei durch diese
Drucklufterzeugung eine Zylindergruppe der Kraftmaschine verbrennungsmotorisch
wirtschaftlicher betrieben werden kann.
Durch die Anordnung der Hubventilsteuerungen und des doppelten
Rohrleitungssystems kann ein Hybridbremsbetrieb durch eine entsprechende
Schaltung der Hubventilsteuerungen und des Rohrleitungssystems in der Weise
erfolgen, dass eine Gruppe der Zylinder nach dem Viertaktverfahren Druckluft über
eine Drosselklappe in das Abgassystem einleitet, während die andere Gruppe der
Zylinder nach dem Zweitaktverfahren Druckluft in den Druckluftbehälter einspeist.
Durch die Hubventilsteuerungen und das doppelte Rohrleitungssystem wird auch
ein Hybridantriebsbetrieb der Kraftmaschine durch eine entsprechende Verstellung
der Hubventilsteuerungen und der Schaltung der beiden Rohrleitungssysteme
ermöglicht, bei dem eine Gruppe der Zylinder verbrennungsmotorisch und die
andere Gruppe der Zylinder druckluftmotorisch arbeitet. Hierbei kann auch die
ausgestoßene Druckluft für eine Druckerhöhung der Ansaugluft in das
Ansaugsystem eingeleitet werden. Ein Starten für die Aufnahme des
verbrennungsmotorischen Antriebes der einen Gruppe der Zylinder kann mittels
einer entsprechenden Verstellung der Hubventilsteuerungen und der Schaltung der
beiden Rohrleitungssysteme durch die andere Gruppe der Zylinder dadurch
erfolgen, dass diese einen druckluftmotorischen Betrieb aus dem Stillstand der
Kraftmaschine ohne die Unterstützung eines Anlassers aufnimmt, wobei auch ein
Anfahren des Fahrzeuges aus dem Stand möglich ist. Nachdem die Kraftmaschine
in Drehung versetzt ist, kann hiernach ein verbrennungsmotorischer Betrieb aller
Zylinder der Kraftmaschine aufgenommen werden. Während des Startens der
Kraftmaschine und auch während des Anfahrens des Fahrzeuges erfolgt die
Drucklufteinspeisung in die Zylindergruppe des im druckluftmotorischen Betrieb
arbeitenden Teiles der Kraftmaschine in einem größeren Drehwinkel und mit einer
größeren Ventilhublänge, welches mittels einer entsprechenden Verstellung der
Hubventilsteuerungen erfolgt.
In den Schaltplänen gemäß Fig. 34 und 35 sind Rohrleitungssysteme für eine
zweistufige Drucklufterzeugung und eine zweistufige Druckluftentspannung einer
der zwei Zylindergruppen der Kraftmaschine dargestellt, während in dem Schaltplan
gemäß Fig. 36 ein Rohrleitungssystem für eine dreistufige Drucklufterzeugung und
eine dreistufige Druckluftentspannung einer der zwei Zylindergruppen der
Kraftmaschine dargestellt ist. Durch eine entsprechende Anordnung von
Umsteuerventilen im Rohrleitungssystem der Schaltpläne gemäß Fig. 34 und 35
kann die Druckluftentspannung auch einstufig, und durch eine entsprechende
Anordnung von Umsteuerventilen im Rohrleitungssystem gemäß Fig. 36 kann die
Druckluftentspannung auch ein- oder zweistufig erfolgen. Für die in den
Schaltplänen gemäß Fig. 34, 35 und 36 nicht dargestellte zweite Zylindergruppe der
Kraftmaschine ist ein zweites, Rohrleitungssystem mit einer gleichen Funktion
anzuordnen, um, neben einem verbrennungsmotorischen Betrieb beider
Zylindergruppen, einen wechselseitigen, verbrennungsmotorischen Betrieb der
einen Zylindergruppe und eine Drucklufterzeugung oder einen druckluftmotorischen
Betrieb der anderen Zylindergruppen zu ermöglichen, wobei hier die beiden
Rohrleitungssysteme das Ansaug- und das Abgassystem gemeinsam nutzen
können.
Da in der Drucklufttechnik bei einer mehrstufigen Drucklufterzeugung ein
Stufendruckverhältnis von etwa 1 : 3,5 bei einer zwischen den Stufen erfolgenden
Kühlung der verdichteten Luft vorgesehen wird, werden für eine zweistufige
Drucklufterzeugung und Druckluftentspannung vier oder fünf Zylinder vorgesehen,
wobei für die erste Stufe drei oder vier Zylinder und für die zweite Stufe ein Zylinder
eingesetzt werden. Da hier eine Zylindergruppe der Kraftmaschine aus vier oder
fünf Zylindern besteht, wäre für einen wechselseitigen Betrieb der Kraftmaschine
eine Zylinderanzahl von acht bzw. zehn als vorteilhaft anzusehen.
Für eine dreistufige Drucklufterzeugung und Druckluftentspannung wird ein
zusätzlicher Zylinder eingesetzt, dessen Volumen etwa ein Drittel bis ein Viertel des
Zylindervolumens eines für den verbrennungsmotorischen Betriebes vorgesehenen
Zylinders der Kraftmaschine aufweist. Durch eine weitere Hintereinanderschaltung
von Zylindern mit sich entsprechend verminderndem Volumen kann eine
Drucklufterzeugung auch vier oder fünfstufig erfolgen. Gemäß den in der
Drucklufttechnik vorhandenen Erfahrungswerten wird in der ersten Stufe die
Ansaugluft auf einen Druck von etwa 9 bar verdichtet, wobei, wenn die zweite Stufe
ein Volumen von einem Drittel der ersten Stufe aufweist, die zweite Stufe etwa
einen Luftdruck von 9 × 3,0 = 27 bar erzeugt. Wenn die dritte Stufe wiederum ein
Volumen von einem Drittel der zweiten Stufe aufweist, erzeugt die dritte Stufe etwa
einen Luftdruck von 27 × 3,0 = 81 bar. Der Antrieb der Kolben der zusätzlichen
Zylinder kann direkt durch die Kurbelwelle der Kraftmaschine oder auch über eine
Schaltkupplung erfolgen, wodurch der Antrieb dieser Kolben während des
verbrennungsmotorischen Betriebes abgeschaltet werden kann. Weiterhin können
die zusätzlichen Zylinder auch in einem separaten Gerät angeordnet sein, das etwa
über einen mittels einer Kupplung schaltbaren Riemenantrieb angetrieben wird. Die
zusätzlichen Zylinder können auch verbrennungsmotorisch oder als Lader für das
Ansaug- und Bremssystem betrieben werden, wobei hier durch die Anordnung
mehrerer Zylinder mit dem Volumen der zusätzlichen Zylinder eine in ihrem Druck
gleichmäßigere Ladelufterzeugung erfolgen kann.
In den die Zylinder der Stufen verbindenden Rohrleitungen sind Regeneratoren
eingesetzt, wie diese auch bei den Stirling-Motoren verwendet werden, welche zum
einen die während der Drucklufterzeugung auftretende Erwärmung der Druckluft
zwischen den Stufen durch eine Kühlung der Druckluft abmindern und die hierdurch
empfangene Wärme speichern sowie zum anderen die während des
druckluftmotorischen Betriebes durch die erfolgende Expansion der Druckluft
erzeugte Abkühlung der Druckluft zwischen den Stufen mittels einer Erwärmung der
Druckluft durch die Abgabe der in ihnen gespeicherten Wärme wieder weitgehend
kompensieren, wodurch der Wirkungsgrad des Druckluftbetriebes erheblich erhöht
wird.
Bei den Rohrleitungssystemen der Schaltpläne der Fig. 30-36 weist das
Rohrleitungssystem mit dem Einstufenbetrieb des Schaltplans der Fig. 31, das
Rohrleitungssystem mit dem Zweistufenbetrieb der Fig. 35 und das
Rohrleitungssystem mit dem Dreistufenbetrieb der Fig. 36 den geringsten Aufwand
bei den Umsteuerventilen und bei dem Rohrleitungssystem auf, da bei dem
verbrennungsmotorischen Betrieb und in dem Betrieb als Drucklufterzeuger der
Kraftmaschine die Strömung der Luft weitgehend durch das Rohrleitungssystem, in
einer gleichen Strömungsrichtung, auf einem gleichen Weg erfolgt und bei einem
druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine die Strömung der Druckluft in dem
Rohrleitungssystem in umgekehrter Richtung, weitgehend auch auf dem gleichen
Weg durch das Rohrleitungssystem erfolgt, wobei sich die Umschaltventile in der
Schaltstellung der Drucklufterzeugung befinden.
Die Arbeitsweise der Kraftmaschine in dem verbrennungsmotorischen Betrieb ist
in den Schaltplänen gemäß Fig. 30-36 gleich, wobei in üblicher Weise die
Ansaugluft über das Ansaugsystem mittels einer entsprechenden Verstellung der
Hubventilsteuerungen und Schaltung des Rohrleitungssystems über die
Einlassventile in die Zylinder und hiernach über die Auslassventile in das
Abgassystem geleitet wird. Eine Erwärmung und hierdurch eine Druckerhöhung der
in dem Druckluftbehälter befindlichen Druckluft werden dadurch herbeigeführt, dass
die das Abgas führenden Rohrleitungen durch den Druckluftbehälter führen, wobei
diese Rohrleitungen in dem Druckluftbehälter Wärmeableitungsrippen aufweisen.
Hierbei können die das Abgas führenden Rohrleitungen in dem Druckluftbehälter
schlangenförmig verlaufen. Weiterhin können in dem Druckluftbehälter
Wärmetauscher des Kühl-, Schmier- und Ansaugsystems angeordnet sein.
Der Einsatz von flüssiger Luft als Treibstoff ist bei einem gleichzeitigen
Verbrennungs- und druckluftmotorischen Antriebsbetrieb möglich, wobei mittels
einer Speisepumpe flüssige Luft aus einem isolierten Behälter über eine
Speisepumpe in den Druckluftbehälter eingespeist wird und die flüssige Luft durch
die im Druckluftbehälter durch die mittels des Abgases, des Kühl- Schmier- und
Ansaugsystems erfolgende Wärmezuführung verdampft und hierbei Druckluft
erzeugt wird. Weiterhin wird Druckluft auch während der Standzeiten eines
Fahrzeuges in dem Druckluftbehälter durch die Vergasung der flüssigen Luft mittels
der Außenwärme erzeugt.
Die unterschiedlichen Arbeitsweisen der Kraftmaschine können durch eine
entsprechende Verstellung der Hubventilsteuerungen und Schaltung der
Umsteuerventile des Rohrleitungssystems abwechselnd von jeder Gruppe der
Zylinder durchgeführt werden, wodurch eine ungleichmäßige Beanspruchung und
Abnutzung der Kolben und Zylinder der Kraftmaschine vermieden wird.
Die in den Schaltplänen der Fig. 30-33 dargestellten Hubventilsteuerungen sind
gemäß der Fig. 4 dargestellt, die hier direkt von der Nockenwelle angetrieben
werden. Hierfür können auch andere gemäß der Erfindung gestaltete
Hubventilsteuerungen eingesetzt werden. Die in den Schaltplänen der Fig. 30-36
dargestellten, mittels einer Drehbewegung zu schaltenden Umsteuerventile, deren
Stellscheibe gleichzeitig mehrere Schaltvorgänge durchführt, können wie dargestellt
angeordnet werden. Es können auch Umschaltventile angeordnet werden, deren
Stellscheiben etwa nur eine Schaltfunktion aufweisen, wobei, um die Anzahl von
Stellmotoren gering zu halten, die Stellscheiben mit einer zeitgleichen Schaltfunktion
auf einer gemeinsamen Steuerwelle und in einem gemeinsamen Gehäuse mit
Zwischenwandungen angeordnet werden können. Des Weiteren können hier auch
die üblichen Wegeventile der Fluidtechnik eingesetzt werden.
Die Verstellung der Hubventilsteuerungen und der Umsteuerventile kann
elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen.
Die Bezeichnung der Ventile als Einlass- oder Auslassventile der Kraftmaschine
bezieht sich in den Beschreibungen nur auf die Funktion der Ventile im
verbrennungsmotorischen Prozess, so dass, wie in der Beschreibung einiger
Schaltpläne aufgeführt ist, während der Drucklufterzeugung der Kraftmaschine die
Ansaugluft über die Auslassventile in die Zylinder und die Druckluft aus den
Zylindern über die Einlassventile strömt sowie im druckluftmotorischen Betrieb der
Kraftmaschine die Druckluft über die Auslassventile in die Zylinder eingespeist wird
und die entspannte Druckluft aus den Zylindern über die Einlassventile strömt.
Ebenso werden die Ansaugkrümmer oder die Auspuffkrümmer nur gemäß ihrer
Funktion im verbrennungsmotorischen Prozess bezeichnet, so dass, wie in der
Beschreibung einiger Schaltpläne aufgeführt ist, die Druckluft über die
Auspuffkrümmer in die Zylinder und aus den Zylindern über die Ansaugkrümmer
strömt.
In den für einen Druckluftbetrieb der Kraftmaschinen vorgesehenen Schaltplänen
gemäß Fig. 30-33 sind die Umsteuerventile des Rohrleitungssystems in einer
Schaltstellung dargestellt, die für den verbrennungsmotorischen Betrieb der
Kraftmaschine vorgesehen ist. In dem Schaltplan gemäß Fig. 34 sind die
Umsteuerventile des Rohrleitungssystems in der Schaltstellung der
Drucklufterzeugung der Kraftmaschine und in den Schaltplänen gemäß Fig. 35 und
36 sind die Umsteuerventile des Rohrleitungssystems in einer Schaltstellung
dargestellt, die sowohl für die Drucklufterzeugung als auch für den
druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine vorgesehen ist.
Fig. 30 stellt einen Schaltplan dar, bei dem für die Erhöhung der Bremsleistung
der Kraftmaschine und die gleichzeitige Energierückgewinnung die Ansaugluft wie
bei dem verbrennungsmotorischen Betrieb der Kraftmaschine in gleicher Richtung
über die Einlassventile in die Zylinder gesaugt und die verdichtete Luft aus den
Zylindern über die Auslassventile anstatt in das Abgassystem hier in einen
Druckluftbehälter gepumpt wird, während für den druckluftmotorischen Betrieb der
Kraftmaschine die Druckluft aus dem Druckluftbehälter wie bei dem
verbrennungsmotorischen Betrieb der Kraftmaschine in gleicher Richtung über die
Einlassventile in die Zylinder eingespeist und die entspannte Druckluft aus den
Zylindern über die Auslassventile ausgestoßen wird.
Während des verbrennungsmotorischen Betriebes der gesamten Kraftmaschine
wird die Ansaugluft über das Ansaugsystem 337, über die Rohrleitung 338, über das
Umsteuerventil 339 und über die Einlassventile 340 in die Zylinder 341 sowie
gleichzeitig über die Rohrleitung 342, über das Umsteuerventil 343 und über die
Einlassventile 344 in die Zylinder 345 gesaugt. Nach dem Expansionstakt wird das
Altgas aus den Zylindern 341 über die Auslassventile 346, über das Umsteuerventil
347, über die Rohrleitung 348, mittels Wärmeableitungsrippen 349 den
Druckluftbehälter 350 durchlaufend, in das Abgassystem 351 sowie gleichzeitig aus
den Zylindern 345 über die Auslassventile 352, über das Umsteuerventil 353 und
über die Rohrleitung 354, mittels Wärmeableitungsrippen 349 den Druckluftbehälter
350 durchlaufend, in das Abgassystem 351 geleitet.
Für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung durch die gesamte Kraftmaschine
bei einer gleichzeitigen Energierückgewinnung wird die Ansaugluft der
Kraftmaschine über das Ansaugsystem 337, über die Rohrleitung 338, über das
Umsteuerventil 339 und über die Einlassventile 340 in die Zylinder 341 sowie
gleichzeitig über die Rohrleitung 342, über das Umsteuerventil 343 und über die
Einlassventile 344 in die Zylinder 345 gesaugt. Nach erfolgter Verdichtung der
Ansaugluft wird die verdichtete Luft aus den Zylindern 341 über die Auslassventile
346, über das Umsteuerventil 347, über die Rohrleitung 355 und über das Drossel-
und Rückschlagventil 356 in den Druckluftbehälter 350 sowie gleichzeitig aus den
Zylindern 345 über die Auslassventile 352, über das Umsteuerventil 353, über die
Rohrleitung 357 und über das Drossel- und Rückschlagventil 356 in den
Druckluftbehälter 350 gepumpt.
Für den druckluftmotorischen Betrieb der gesamten Kraftmaschine strömt die
Druckluft aus dem Druckluftbehälter 350 über das Drossel- und Rückschlagventil
356, über die Rohrleitung 355, über das Umsteuerventil 347, über die Rohrleitung
358, über das Umsteuerventil 339 und über die Einlassventile 340 in die Zylinder
341 sowie gleichzeitig über die Rohrleitung 357, über das Umsteuerventil 353, über
die Rohrleitung 359, über das Umsteuerventil 343 und über die Einlassventile 344 in
die Zylinder 345, wonach sich die Druckluft in den Zylindern 341 und 345 Arbeit
leistend entspannt. Hiernach strömt die entspannte Druckluft aus den Zylindern 341
über die Auslassventile 346, über das Umsteuerventil 347 und über die Rohrleitung
360 mittels eines Schalldämpfers oder ohne einen Schalldämpfer in die Außenluft
sowie gleichzeitig aus den Zylindern 345 über die Auslassventile 352, über das
Umsteuerventil 353 und über die Rohrleitung 361 mittels eines Schalldämpfers oder
ohne einen Schalldämpfer in die Außenluft. Die Rohrleitungen 360 und 361 können
hierbei auch zu einem gemeinsamen Schalldämpfer zusammengeführt werden.
Weist während dieses Arbeitsverfahrens das Abgassystem 351 einen geringen
Innendruck auf, kann die entspannte Druckluft in das Abgassystem 351 eingeleitet
werden. Auch besteht eine Möglichkeit, die entspannte Druckluft in das
Ansaugsystem 337 zu leiten, wobei hier ein Luftkühler, der hier als Ladeluftkühler
bereits vorhanden sein kann, in vorteilhafter Weise den Druck der entspannten
Druckluft reduziert und eine bereits vorhandene Ladeluftturbine mit einer variablen
Turbinengeometrie, in vorteilhafter Weise als Arbeitsturbine geschaltet, das
Fahrzeug gleichfalls zusammen mit der im druckluftmotorischen Betrieb arbeitenden
Kraftmaschine antreibt.
Für die wechselseitige Aktivierung der unterschiedlichen Nocken der Gruppe der
Zylinder 341 dient der Stellmotor 362, der die Steuer- oder Schaltwelle 363 der
entsprechenden Hubventilsteuerungen antreibt, und für die wechselseitige
Aktivierung der unterschiedlichen Nocken der Gruppe der Zylinder 345 dient der
Stellmotor 364, der die Steuer oder Schaltwelle 365 der entsprechenden
Hubventilsteuerungen antreibt. Der Antrieb der Nockenwellen 366 erfolgt über die
Antriebsräder 367.
Fig. 31 stellt einen Schaltplan dar, bei dem für die Erzeugung einer erhöhten
Bremsleistung der Kraftmaschine und eine gleichzeitige Energierückgewinnung die
Ansaugluft wie dem verbrennungsmotorischen Betrieb der Kraftmaschine in gleicher
Richtung über die Einlassventile in die Zylinder gesaugt wird und die verdichtete Luft
aus den Zylindern über die Auslassventile anstatt in das Abgassystem hier in den
Druckluftbehälter gepumpt wird, während für den druckluftmotorischen Betrieb der
Kraftmaschine die Druckluft aus dem Druckluftbehälter in entgegengesetzter
Richtung über die Auslassventile in die Zylinder eingespeist und die entspannte
Druckluft über die Einlassventile ausgestoßen wird.
Für den verbrennungsmotorischen Betrieb der gesamten Kraftmaschine wird die
Ansaugluft über das Ansaugsystem 368, über die Rohrleitung 369, über das
Umsteuerventil 370 und über die Einlassventile 371 in die Zylinder 372 sowie
gleichzeitig über die Rohrleitung 373, über das Umsteuerventil 374 und über die
Einlassventile 375 in die Zylinder 376 gesaugt. Nach dem Expansionstakt wird das
Altgas aus den Zylindern 372 über die Auslassventile 377, über die Rohrleitung 378,
über das Umsteuerventil 379 und über die Rohrleitung 380, mittels
Wärmeableitungsrippen 381 den Druckluftbehälter 382 durchlaufend, in das
Abgassystem 383 sowie gleichzeitig aus den Zylindern 376 über die Auslassventile
384, über die Rohrleitung 385, über das Umsteuerventil 386 und über die
Rohrleitung 387, mittels Wärmeableitungsrippen 381 den Druckluftbehälter 382
durchlaufend, in das Abgassystem 383 geleitet.
Für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung durch die gesamte
Kraftmaschine bei einer gleichzeitigen Energierückgewinnung wird die Ansaugluft
der Kraftmaschine über das Ansaugsystem 368, über die Rohrleitung 369, über das
Umsteuerventil 370 und über die Einlassventile 371 in die Zylinder 372 sowie
gleichzeitig über die Rohrleitung 373, über das Umsteuerventil 374 und über die
Einlassventile 375 in die Zylinder 376 gesaugt. Nach erfolgter Verdichtung der
Ansaugluft wird die verdichtete Luft aus den Zylindern 372 über die Auslassventile
377, über die Rohrleitung 378, über das Umsteuerventil 379, über die Rohrleitung
388 und über das Drossel- und Rückschlagventil 389 in den Druckluftbehälter 382
sowie gleichzeitig aus den Zylindern 376 über die Auslassventile 384, über die
Rohrleitung 385, über das Umsteuerventil 386, über die Rohrleitung 390 und über
das Drossel- und Rückschlagventil 389 in den Druckluftbehälter 382 gepumpt.
Bei dem druckluftmotorischen Betrieb der gesamten Kraftmaschine strömt die
Druckluft aus dem Druckluftbehälter 382 über das Drossel- und Rückschlagventil
389, über die Rohrleitung 388, über das Umsteuerventil 379, über die Rohrleitung
378 und über die Auslassventile 377 in die Zylinder 372 sowie gleichzeitig über die
Rohrleitung 390, über das Umsteuerventil 386, über die Rohrleitung 385 und über
die Auslassventile 384 in die Zylinder 376, wonach sich die Druckluft Arbeit leistend
entspannt. Hiernach strömt die entspannte Druckluft aus den Zylindern 372 über die
Einlassventile 371, über das Umsteuerventil 370 und über die Rohrleitung 391
mittels eines Schalldämpfers oder auch ohne einen Schalldämpfer in die Außenluft
sowie gleichzeitig aus den Zylindern 376 über die Einlassventile 375, über das
Umsteuerventil 374 und über die Rohrleitung 392 über einen Schalldämpfer oder
ohne einen Schalldämpfer in die Außenluft. Hierbei können die Rohrleitungen 391
und 392 zu einem gemeinsamen Schalldämpfer zusammengeführt werden. Auch
besteht eine Möglichkeit, die entspannte Druckluft in das Ansaugsystem 368 zu
leiten, wobei hier ein Luftkühler, der hier als Ladeluftkühler bereits vorhanden sein
kann, in vorteilhafter Weise den Druck der entspannten Druckluft reduziert und eine
bereits vorhandene Ladeluftturbine mit einer variablen Turbinengeometrie, in
vorteilhafter Weise als Arbeitsturbine geschaltet, das Fahrzeug zusammen mit der
im druckluftmotorischen Betrieb arbeitenden Kraftmaschine antreibt.
Für die wechselseitige Aktivierung der unterschiedlichen Nocken der einen
Gruppe der Zylinder 372 dient der Stellmotor 393, der die Steuer- oder Schaltwelle
394 der entsprechenden Hubventilsteuerungen antreibt, und für die wechselseitige
Aktivierung der unterschiedlichen Nocken der anderen Gruppe der Zylinder 376
dient der Stellmotor 395, der die Steuer- oder Schaltwelle 396 der entsprechenden
Hubventilsteuerungen antreibt. Der Antrieb der Nockenwellen 397 erfolgt über die
Antriebsräder 398.
Fig. 32 stellt einen Schaltplan dar, bei dem für die Erhöhung der Bremsleistung
der Kraftmaschine und die gleichzeitige Energierückgewinnung die Ansaugluft über
die Auslassventile in die Zylinder gesaugt und die verdichtete Luft aus den Zylindern
über die Einlassventile anstatt in das Abgassystem hier in einen Druckluftbehälter
gepumpt wird, während für den druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine die
Druckluft aus dem Druckluftbehälter wie bei dem verbrennungsmotorischen Betrieb
der Kraftmaschine in gleicher Richtung über die Einlassventile in die Zylinder
eingespeist und die entspannte Druckluft aus den Zylindern über die Auslassventile
ausgestoßen wird.
Für den verbrennungsmotorischen Betrieb der gesamten Kraftmaschine wird die
Ansaugluft über das Ansaugsystem 399, über die Rohrleitung 400, über das
Umsteuerventil 401 und über die Einlassventile 402 in die Zylinder 403 sowie
gleichzeitig über die Rohrleitung 404, über das Umsteuerventil 405 und über die
Einlassventile 406 in die Zylinder 407 gesaugt. Nach dem Expansionstakt wird das
Altgas aus den Zylindern 403 über die Auslassventile 408, über das Umsteuerventil
409 und über die Rohrleitung 410, mittels Wärmeableitungsrippen 411, den
Druckluftbehälter 412 durchlaufend, in das Abgassystem 413 sowie gleichzeitig aus
den Zylindern 407 über die Auslassventile 414, über das Umsteuerventil 415 und
über die Rohrleitung 416, mittels Wärmeableitungsrippen 411 den Druckluftbehälter
412 durchlaufend, in das Abgassystem 413 geleitet.
Für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung durch die gesamte Kraftmaschine
bei einer gleichzeitigen Energierückgewinnung wird die Ansaugluft der
Kraftmaschine über das Ansaugsystem 399, über die Rohrleitung 400, über das
Umsteuerventil 401, über die Rohrleitung 417, über das Umsteuerventil 409 und
über die Auslassventile 408 in die Zylinder 403 sowie gleichzeitig über die
Rohrleitung 404, über das Umsteuerventil 405, über die Rohrleitung 418, über das
Umsteuerventil 415 und über die Auslassventile 414 in die Zylinder 407 gesaugt.
Nach erfolgter Verdichtung der Ansaugluft wird die verdichtete Luft aus den
Zylindern 403 über die Einlassventile 402, über das Umsteuerventil 401, über die
Rohrleitung 419 und über das Drossel- und Rückschlagventil 420 in den
Druckluftbehälter 412 sowie gleichzeitig aus den Zylindern 407 über die
Einlassventile 406, über das Umsteuerventil 405, über die Rohrleitung 421 und über
das Drossel- und Rückschlagventil 420 in den Druckluftbehälter 412 gepumpt.
Für den druckluftmotorischen Betrieb der gesamten Kraftmaschine strömt die
Druckluft aus dem Druckluftbehälter 412 über das Drossel- und Rückschlagventil
420, über die Rohrleitung 419, über das Umsteuerventil 401 und über die
Einlassventile 402 in die Zylinder 403 sowie gleichzeitig über die Rohrleitung 421,
über das Umsteuerventil 405 und über die Einlassventile 406 in die Zylinder 407,
wonach sich die Druckluft in den Zylindern 403 und 407 Arbeit leistend entspannt.
Hiernach strömt die entspannte Druckluft aus den Zylindern 403 über die
Auslassventile 408, über das Umsteuerventil 409 und über die Rohrleitung 422
mittels eines Schalldämpfers oder ohne einen Schalldämpfer in die Außenluft sowie
gleichzeitig aus den Zylindern 407 über die Auslassventile 414, über das
Umsteuerventil 415 und über die Rohrleitung 423 mittels eines Schalldämpfers oder
ohne einen Schalldämpfer in die Außenluft. Die Rohrleitungen 422 und 423 können
hierbei auch zu einem gemeinsamen Schalldämpfer zusammengeführt werden.
Weist während dieses Arbeitsverfahrens das Abgassystem 413 einen geringen
Innendruck auf, als es der Druck der entspannten Druckluft ist, kann die entspannte
Druckluft in das Abgassystem 414 eingeleitet werden. Auch besteht eine
Möglichkeit, die entspannte Druckluft in das Ansaugsystem 399 zu leiten, wobei hier
ein Luftkühler, der hier als Ladeluftkühler bereits vorhanden sein kann, in
vorteilhafter Weise den Druck der entspannten Druckluft reduziert und eine bereits
vorhandene Ladeluftturbine mit einer variablen Turbinengeometrie, in vorteilhafter
Weise als Arbeitsturbine geschaltet, das Fahrzeug zusammen mit der im
druckluftmotorischen Betrieb arbeitenden Kraftmaschine antreibt.
Für die wechselseitige Aktivierung der unterschiedlichen Nocken der einen
Gruppe der Zylinder 402 dient der Stellmotor 424, der die Steuer- oder Schaltwelle
425 der entsprechenden Hubventilsteuerungen antreibt und für die wechselseitige
Aktivierung der unterschiedlichen Nocken der anderen Gruppe der Zylinder 407
dient der Stellmotor 426, der die Steuer oder Schaltwelle 427 der entsprechenden
Hubventilsteuerungen antreibt. Der Antrieb der Nockenwellen 428 erfolgt über die
Antriebsräder 429.
Fig. 33 stellt einen Schaltplan dar, bei dem für die Erhöhung der Bremsleistung
der Kraftmaschine und die gleichzeitige Energierückgewinnung die Ansaugluft über
die Auslassventile in die Zylinder gesaugt und die verdichtete Luft aus den Zylindern
über die Einlassventile anstatt in das Abgassystem hier in einen Druckluftbehälter
gepumpt wird, während für den druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine die
Druckluft aus dem Druckluftbehälter über die Auslassventile in die Zylinder
eingespeist und die entspannte Druckluft aus den Zylindern auch über die
Einlassventile ausgestoßen wird.
Für den verbrennungsmotorischen Betrieb der gesamten Kraftmaschine wird die
Ansaugluft über das Ansaugsystem 430, über die Rohrleitung 431, über das
Umsteuerventil 432 und über die Einlassventile 433 in die Zylinder 434 sowie
gleichzeitig über die Rohrleitung 435, über das Umsteuerventil 436 und über die
Einlassventile 437 in die Zylinder 438 gesaugt. Nach dem Expansionstakt wird das
Altgas aus den Zylindern 434 über die Auslassventile 439, über das Umsteuerventil
440 und über die Rohrleitung 441, mittels Wärmeableitungsrippen 442 den
Druckluftbehälter 443 durchlaufend, in das Abgassystem 444 sowie gleichzeitig aus
den Zylindern 438 über die Auslassventile 445, über das Umsteuerventil 446 und
über die Rohrleitung 447, mittels Wärmeableitungsrippen 442 den Druckluftbehälter
443 durchlaufend, in das Abgassystem 444 geleitet.
Für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung durch die gesamte Kraftmaschine
bei einer gleichzeitigen Energierückgewinnung wird die Ansaugluft der
Kraftmaschine über das Ansaugsystem 430, über die Rohrleitung 431, über das
Umsteuerventil 432, über die Rohrleitung 448, über das Umsteuerventil 440 und
über die Auslassventile 439 in die Zylinder 434 sowie gleichzeitig über die
Rohrleitung 435, über das Umsteuerventil 436, über die Rohrleitung 449, über das
Umsteuerventil 446 und über die Auslassventile 445 in die Zylinder 438 gesaugt.
Nach erfolgter Verdichtung der Ansaugluft wird die verdichtete Luft aus den
Zylindern 434 über die Einlassventile 433, über das Umsteuerventil 432, über die
Rohrleitung 450 und über das Drossel- und Rückschlagventil 451 in den
Druckluftbehälter 443 sowie gleichzeitig aus den Zylindern 438 über die
Einlassventile 437, über das Umsteuerventil 436, über die Rohrleitung 452 und über
das Drossel- und Rückschlagventil 451 in den Druckluftbehälter 443 gepumpt.
Bei dem druckluftmotorischen Betrieb der gesamten Kraftmaschine strömt die
Druckluft aus dem Druckluftbehälter 443 über das Drossel- und Rückschlagventil
451, über die Rohrleitung 4501453, über das Umsteuerventil 440 und über die
Auslassventile 439 in die Zylinder 434 sowie gleichzeitig über die Rohrleitung
4521454, über das Umsteuerventil 446 und über die Auslassventile 445 in die
Zylinder 438, wonach sich die Druckluft in den Zylindern 434 und 438 Arbeit leistend
entspannt. Hiernach strömt die entspannte Druckluft aus den Zylindern 434 über die
Einlassventile 433, über das Umsteuerventil 432 und über die Rohrleitung 431 in
das Ansaugsystem 430 oder mittels einer durch ein Umsteuerventil zuschaltbaren
Rohrleitung über einen oder ohne einen Schalldämpfer in die Außenluft sowie
gleichzeitig aus den Zylindern 438 über die Einlassventile 437, über das
Umsteuerventil 436 und über die Rohrleitung 435 in das Ansaugsystem 430 oder
mittels einer durch ein Umsteuerventil zuschaltbaren Rohrleitung über einen oder
ohne einen Schalldämpfer in die Außenluft. Diese beiden Rohrleitungen können
hierbei auch zu einem gemeinsamen Schalldämpfer zusammengeführt werden.
Weist während dieses Arbeitsverfahrens das Abgassystem 444 einen geringen
Innendruck auf, kann die entspannte Druckluft in das Abgassystem 444 eingeleitet
werden. Wird die entspannte Druckluft in das Ansaugsystem geleitet, kann ein hier
angeordneter Luftkühler, der hier als Ladeluftkühler bereits vorhanden sein kann, in
vorteilhafter Weise den Druck der entspannten Druckluft reduzieren und eine bereits
vorhandene Ladeluftturbine mit einer variablen Turbinengeometrie, in vorteilhafter
Weise als Arbeitsturbine geschaltet, das Fahrzeug zusammen mit der im
druckluftmotorischen Betrieb arbeitenden Kraftmaschine antreiben.
Für die wechselseitige Aktivierung der unterschiedlichen Nocken der einen
Gruppe der Zylinder 434 dient der Stellmotor 455, der die Steuer- oder Schallwelle
456 der entsprechenden Hubventilsteuerungen antreibt und für die wechselseitige
Aktivierung der unterschiedlichen Nocken der anderen Gruppe der Zylinder 438
dient der Stellmotor 457, der die Steuer oder Schallwelle 458 der entsprechenden
Hubventilsteuerungen antreibt. Der Antrieb der Nockenwellen 459 erfolgt über die
Antriebsräder 460.
Fig. 34 stellt einen Schaltplan eines Rohrleitungssystems von einer der beiden
Zylindergruppen einer Kraftmaschine mit einer zweistufigen Drucklufterzeugung und
einem zweistufigen druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine dar. Für die
zweistufige Drucklufterzeugung und den druckluftmotorischen Betrieb der
Kraftmaschine mit einer zweistufigen Druckluftentspannung wird hier eine aus vier
Zylindern bestehende Gruppe eingesetzt, wobei drei Zylinder als erste Stufe
gemeinsam die Ansaugluft verdichten und ein Zylinder als zweite Stufe die Druckluft
weiter verdichtet. Hierdurch ergibt sich ein Volumenverhältnis von dem Volumen der
ersten Verdichtungsstufe zu dem der zweiten Verdichtungsstufe von 3 : 1. Bei dem
druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine erfolgt die Entspannung der
Druckluft in umgekehrter Weise, so dass ein Zylinder als erste Stufe und drei
Zylinder als zweite Stufe dienen.
Für die Ermöglichung einer wechselseitig unterschiedlichen Arbeitsweise der
Kraftmaschine, bei der etwa eine Zylindergruppe verbrennungsmotorisch arbeitet
und hierbei eine andere Zylindergruppe für eine zweistufige Drucklufterzeugung
antreibt, wären optimal vier weitere Zylinder mit einem eigenen Rohrleitungssystem
mit gleicher Funktion vorzusehen.
Während der Drucklufterzeugung und des druckluftmotorischen Betriebes der
Kraftmaschine wird die Ansaugluft wie bei dem verbrennungsmotorischen Betrieb
der Kraftmaschine in gleicher Richtung über die Einlassventile in die Zylinder
gesaugt und die zweistufig verdichtete Luft aus den Zylindern über die
Auslassventile in einen Druckluftbehälter gepumpt, während für den
druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine die Druckluft aus dem
Druckluftbehälter in Anlehnung an den Schaltplan der Fig. 30 wie bei einem
verbrennungsmotorischen Betrieb der Kraftmaschine in gleicher Richtung über die
Einlassventile in die Zylinder eingespeist und die entspannte Druckluft aus den
Zylindern über die Auslassventile ausgestoßen wird.
Während des verbrennungsmotorischen Betriebes der vier Zylinder 461, 462, 463
und 464 der Kraftmaschine wird die Ansaugluft über das Ansaugsystem 465, über
die Rohrleitung 466, über das Umsteuerventil 467, über den Ansaugkrümmer 468,
über die Einlassventile in den Zylinder 461 sowie über den Ansaugkrümmer 469,
über die Einlassventile in die Zylinder 462, 463 und 464 gesaugt. Nach erfolgter
Expansion wird das Altgas über die Auslassventile aus dem Zylinder 461, über den
Auspuffkrümmer 470 sowie über die Auslassventile aus den Zylindern 462, 463 und
464 über den Auspuffkrümmer 471, über das Umsteuerventil 472 und über die
Rohrleitung 473 in das Abgassystem 474 geleitet. Hierbei kann das Altgas auch
mittels einer Wärmeableitungsrippen aufweisenden Rohrleitung durch den
Druckluftbehälter 475 hindurch geleitet werden.
Für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung durch die vier Zylinder 461, 462,
463 und 464 der Kraftmaschine bei einer gleichzeitigen Energierückgewinnung wird
die Ansaugluft der Kraftmaschine über das Ansaugsystem 465, über die Rohrleitung
466, über das Umsteuerventil 467, über den Ansaugkrümmer 469 und über die
Einlassventile in die Zylinder 462, 463 und 464 der ersten Stufe gesaugt. Nach
erfolgter Verdichtung der Ansaugluft in der ersten Stufe wird die bereits verdichtete
Luft aus den Zylindern 462, 463 und 464 über die Auslassventile, über den
Auspuffkrümmer 471, über das Umsteuerventil 472, über die Rohrleitung 476, über
den Regenerator 477, über die Rohrleitung 478, über das Umsteuerventil 467, über
den Ansaugkrümmer 468 und über die Einlassventile in den Zylinder 461 der
zweiten Stufe gepumpt. Nach ihrer in der zweiten Stufe erfolgten, weiteren
Verdichtung wird die verdichtete Luft aus dem Zylinder 461 über die Auslassventile,
über den Auspuffkrümmer 470, über das Umsteuerventil 472, über die Rohrleitung
479 und über das Drossel- und Rückschlagventil 480 in den Druckluftbehälter 475
gepumpt.
Für den Betrieb der vier Zylinder 461, 462, 463 und 464 im druckluftmotorischen
Betrieb der Kraftmaschine strömt die Druckluft aus dem Druckluftbehälter 475 über
das Drossel- und Rückschlagventil 480, über die Rohrleitung 479, über das
Umsteuerventil 472, über die Rohrleitung 481, über das Umsteuerventil 467, über
den Ansaugkrümmer 468 und über die Einlassventile in den Zylinder 461 der ersten
Stufe, wonach die Druckluft in der ersten Stufe Arbeit leistend in ihrem Druck
abgemindert wird. Hiernach strömt die in ihrem Druck bereits abgeminderte
Druckluft über die Auslassventile aus dem Zylinder 461, über den Auspuffkrümmer
470, über das Umsteuerventil 472, über die Rohrleitung 476, über den Regenerator
477, über die Rohrleitung 478, über das Umsteuerventil 467, über den
Ansaugkrümmer 469 und über die Einlassventile in die Zylinder 462, 463 und 464
der zweiten Stufe, wonach die Druckluft in der zweiten Stufe Arbeit leistend
entspannt wird. Hiernach strömt die entspannte Druckluft über die Auslassventile
aus den Zylindern 462, 463 und 464 über den Auspuffkrümmer 471, über das
Umsteuerventil 472 und über die Rohrleitung 482 mittels eines Schalldämpfers oder
ohne einen Schalldämpfer in die Außenluft.
Weist während dieses Arbeitsverfahrens das Abgassystem 474 einen geringen
Innendruck auf, kann die entspannte Druckluft in das Abgassystem 474 eingeleitet
werden. Auch besteht eine Möglichkeit, die entspannte Druckluft in das
Ansaugsystem 465 zu leiten, wobei hier ein Luftkühler, der hier als Ladeluftkühler
bereits vorhanden sein kann, in vorteilhafter Weise den Druck der entspannten
Druckluft reduziert und eine bereits vorhandene Ladeluftturbine mit einer variablen
Turbinengeometrie, in vorteilhafter Weise als Arbeitsturbine geschaltet, das
Fahrzeug zusammen mit der im druckluftmotorischen Betrieb arbeitenden
Kraftmaschine antreibt.
Fig. 35 stellt einen Schaltplan eines Rohrleitungssystems von einer der beiden
Zylindergruppen einer Kraftmaschine mit einer zweistufigen Drucklufterzeugung und
einem zweistufigen druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine dar. Für die
zweistufige Drucklufterzeugung und den druckluftmotorischen Betrieb der
Kraftmaschine mit einer zweistufigen Druckluftentspannung wird eine aus vier
Zylindern bestehende Gruppe eingesetzt, wobei drei Zylinder als erste Stufe
gemeinsam die Ansaugluft verdichten und ein Zylinder als zweite Stufe die Druckluft
weiter verdichtet. Hierdurch ergibt sich ein Volumenverhältnis von dem Volumen der
ersten Verdichtungsstufe zu dem der zweiten Verdichtungsstufe von 3 : 1.
Für die Ermöglichung einer wechselseitig unterschiedlichen Arbeitsweise der
Kraftmaschine, bei der etwa eine Zylindergruppe verbrennungsmotorisch arbeitet
und hierbei eine andere Zylindergruppe für eine zweistufige Drucklufterzeugung
antreibt, wären optimal vier weitere Zylinder mit einem eigenen Rohrleitungssystem
mit gleicher Funktion vorzusehen.
Während der Drucklufterzeugung der Kraftmaschine wird die Ansaugluft wie bei
dem verbrennungsmotorischen Betrieb der Kraftmaschine in gleicher Richtung über
die Einlassventile in die Zylinder gesaugt und die zweistufig verdichtete Luft aus den
Zylindern über die Auslassventile in einen Druckluftbehälter gepumpt, während für
den druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine die Druckluft aus dem
Druckluftbehälter in Anlehnung an den Schaltplan der Fig. 31 in entgegengesetzter
Richtung über die Auslassventile in die Zylinder eingespeist und die entspannte
Druckluft aus den Zylindern über die Einlassventile ausgestoßen wird.
Während des verbrennungsmotorischen Betriebes der vier Zylinder 483, 484, 485
und 486 der Kraftmaschine wird die Ansaugluft über das Ansaugsystem 487, über
die Rohrleitung 488, über das Umsteuerventil 489, über den Ansaugkrümmer 490,
über die Einlassventile in den Zylinder 483 sowie über den Ansaugkrümmer 491,
über die Einlassventile in die Zylinder 484, 485 und 486 gesaugt. Nach erfolgter
Expansion wird nunmehr das Altgas über die Auslassventile aus dem Zylinder 483,
über den Auspuffkrümmer 492 sowie über die Auslassventile aus den Zylindern 484,
485 und 486 über den Auspuffkrümmer 493, über das Umsteuerventil 494 und über
die Rohrleitung 495 in das Abgassystem 496 geleitet. Hierbei kann das Altgas auch
mittels einer Wärmeableitungsrippen aufweisenden Rohrleitung durch den
Druckluftbehälter 497 hindurch geleitet werden.
Für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung durch die vier Zylinder 483, 484,
485 und 486 der Kraftmaschine bei einer gleichzeitigen Energierückgewinnung wird
die Ansaugluft der Kraftmaschine über das Ansaugsystem 487, über die Rohrleitung
488, über das Umsteuerventil 489, über den Ansaugkrümmer 491 und über die
Einlassventile in die Zylinder 484, 485 und 486 der ersten Stufe gesaugt. Nach
erfolgter Verdichtung der Ansaugluft in der ersten Stufe wird die bereits verdichtete
Luft aus den Zylindern 484, 485 und 486 über die Auslassventile, über den
Auspuffkrümmer 493, über das Umsteuerventil 494, über die Rohrleitung 498, über
den Regenerator 499, über die Rohrleitung 500, über das Umsteuerventil 489, über
den Ansaugkrümmer 490 und über die Einlassventile in den Zylinder 483 der
zweiten Stufe gepumpt. Nach ihrer in der zweiten Stufe erfolgten, weiteren
Verdichtung wird die verdichtete Luft aus dem Zylinder 483 über die Auslassventile,
über den Auspuffkrümmer 492, über das Umsteuerventil 494, über die Rohrleitung
501 und über das Drossel- und Rückschlagventil 502 in den Druckluftbehälter 497
gepumpt.
Im druckluftmotorischen Betrieb der vier Zylinder 483, 484, 485 und 486 der
Kraftmaschine strömt die Druckluft aus dem Druckluftbehälter 497 über das Drossel-
und Rückschlagventil 502, über die Rohrleitung 501, über das Umsteuerventil 494,
über den Auspuffkrümmer 492, über die Auslassventile in den Zylinder 483 der
ersten Stufe, wonach die Druckluft in der ersten Stufe Arbeit leistend in ihrem Druck
abgemindert wird. Hiernach strömt die in ihrem Druck bereits abgeminderte
Druckluft über die Einlassventile aus dem Zylinder 483, über den Ansaugkrümmer
490, über das Umsteuerventil 489, über die Rohrleitung 500, über den Regenerator
499, über die Rohrleitung 498, über das Umsteuerventil 494, über den
Auspuffkrümmer 493 und über die Auslassventile in die Zylinder 484, 485 und 486
der zweiten Stufe, wonach die Druckluft in der zweiten Stufe Arbeit leistend
entspannt wird. Hiernach strömt die entspannte Druckluft über die Einlassventile aus
den Zylindern 484, 485 und 486, über den Ansaugkrümmer 491, über das
Umsteuerventil 489 und über die Rohrleitung 488 in das Ansaugsystem oder über
das in seiner Funktion erweiterte Umsteuerventil 489, über eine hier zuschaltbare
Rohrleitung über einen Schalldämpfer oder ohne einen Schalldämpfer in die
Außenluft.
Weist während dieses Arbeitsverfahrens das Abgassystem 496 einen geringen
Innendruck auf, kann die entspannte Druckluft auch in das Abgassystem 496
eingeleitet werden. Wird die entspannte Druckluft in das Ansaugsystem 487 geleitet,
kann hierbei ein Luftkühler, der hier als Ladeluftkühler bereits vorhanden sein kann,
in vorteilhafter Weise den Druck der entspannten Druckluft reduzieren und eine
bereits vorhandene Ladeluftturbine mit einer variablen Turbinengeometrie in
vorteilhafter Weise als Arbeitsturbine geschaltet werden, wodurch die
Ladeluftturbine das Fahrzeug zusammen mit der im druckluftmotorischen Betrieb
arbeitenden Kraftmaschine antreibt.
Alternativ kann bei einem druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine die in
dem Zylinder 483 der ersten Stufe in ihrem Druck abgeminderte Druckluft von dem
Ansaugkrümmer 490 über ein entsprechend modifiziertes Umsteuerventil 489, über
die Rohrleitung 500, über den Regenerator 499, über die Rohrleitung 498, über ein
entsprechend modifiziertes Umsteuerventil 494, über eine Rohrleitung in den
Ansaugkrümmer 491 geführt werden, von wo die Druckluft über die Einlassventile in
die Zylinder 484, 485 und 486 strömt. Nach erfolgter Arbeit leistender Entspannung
der Druckluft strömt die nunmehr entspannte Druckluft über die Auslassventile aus
den Zylindern 484, 485 und 486 in den Auspuffkrümmer 493 und weiter über das
entsprechend modifizierte Umsteuerventil 494 über die Rohrleitung 495 in das
Abgassystem 496. Weiterhin kann die entspannte Druckluft von einem modifizierten
Umsteuerventil 494 über eine Rohrleitung über einen oder ohne einen
Schalldämpfer in die Außenluft oder über eine Rohrleitung in das Ansaugsystem
487 geleitet werden.
Fig. 36 stellt einen Schaltplan eines Rohrleitungssystems von einer der beiden
Zylindergruppen einer Kraftmaschine mit einer dreistufigen Drucklufterzeugung und
einem dreistufigen druckluftmotorischen Betrieb der Kraftmaschine dar, wobei hier
für eine weitergehende Verdichtung der Druckluft auf einfache Weise auch weitere
hintereinander geschaltete Stufen mit einem sich nacheinander verringernden
Volumen vorgesehen werden können. Für die dreistufige Drucklufterzeugung der
Kraftmaschine mit dreistufiger Druckluftentspannung wird eine aus vier oder fünf
Zylindern bestehende Gruppe der Kraftmaschine eingesetzt, wobei während der
Drucklufterzeugung bei einer aus vier Zylindern bestehenden Gruppe der
Kraftmaschine als erste Stufe drei und bei einer aus fünf Zylindern bestehenden
Gruppe als erste Stufe vier Zylinder der Kraftmaschine gemeinsam die Ansaugluft
verdichten, ein Zylinder der Kraftmaschine als zweite Stufe die Druckluft weiter
verdichtet und ein separater Zylinder, der etwa ein Drittel bis ein Viertel des
Volumens eines Zylinders der Kraftmaschine aufweist, als dritte Stufe die Ansaugluft
weitergehend verdichtet und in den Druckluftbehälter pumpt und wobei während des
druckluftmotorischen Betriebes der Kraftmaschine in Anlehnung an den Schaltplan
der Fig. 31 die Druckluft aus dem Druckluftbehälter in umgekehrter Richtung strömt
und hierbei der separate Zylinder als erste Stufe, ein Zylinder der aus vier oder fünf
Zylindern bestehenden Gruppe der Kraftmaschine als zweite Stufe und die aus drei
oder vier Zylindern bestehende Gruppe der Kraftmaschine als dritte Stufe dient.
Während der Drucklufterzeugung der Kraftmaschine strömt die Ansaugluft über
die Einlassventile in die Zylinder der drei Stufen und die hier erzeugte Druckluft über
die Auslassventile aus den Zylindern der drei Stufen, während bei dem
druckluftmotorischen Antrieb der Kraftmaschine die Druckluft in Anlehnung an den
Schaltplan der Fig. 31 in entgegengesetzter Richtung über die Auslassventile in die
Zylinder der drei Stufen und die entspannte Druckluft über die Einlassventile aus
den Zylindern der drei Stufen strömt.
Für die Ermöglichung einer wechselseitig unterschiedlichen Arbeitsweise der
Kraftmaschine, bei der etwa eine Zylindergruppe verbrennungsmotorisch arbeitet
und hierbei die andere Zylindergruppe für eine Drucklufterzeugung antreibt, wären
bei der Kraftmaschine eine gesamte Zylinderanzahl von acht bzw. zehn Zylindern
und zusätzlich zwei separate Zylinder mit einem entsprechend verminderten
Volumen vorzusehen, wobei für jede Gruppe der Zylinder ein eigenes
Rohrleitungssystem mit einer gleichen Funktion vorzusehen ist und das Ansaug-
und Abgassystem sowie der Druckluftbehälter von beiden Rohrleitungssystemen
gemeinsam genutzt werden kann.
Während des verbrennungsmotorischen Betriebes der vier Zylinder 503, 504, 505
und 506 der Kraftmaschine wird die Ansaugluft über das Ansaugsystem 507, über
die Rohrleitung 508, über das Umsteuerventil 509, über den Ansaugkrümmer 510,
über die Einlassventile in den Zylinder 503 sowie über den Ansaugkrümmer 511,
über die Einlassventile in die Zylinder 504, 505 und 506 gesaugt. Nach erfolgter
Expansion wird das Altgas über die Auslassventile aus dem Zylinder 503, über den
Auspuffkrümmer 512 sowie über die Auslassventile aus den Zylindern 504, 505 und
506 über den Auspuffkrümmer 513, über das Umsteuerventil 514 und über die
Rohrleitung 515 in das Abgassystem 516 geleitet. Hierbei kann das Altgas auch
mittels einer Wärmeableitungsrippen aufweisenden Rohrleitung durch den
Druckluftbehälter 517 hindurch geleitet werden.
Für die Erzielung einer erhöhten Bremsleistung durch die Zylinder 503, 504, 505
und 506 der Kraftmaschine bei einer gleichzeitigen Energierückgewinnung wird die
Ansaugluft der Kraftmaschine über das Ansaugsystem 507, über die Rohrleitung
508, über das Umsteuerventil 509, über den Ansaugkrümmer 511 und über die
Einlassventile in die Zylinder 504, 505 und 506 der ersten Stufe gesaugt. Nach
erfolgter Verdichtung der Ansaugluft in der ersten Stufe wird die bereits verdichtete
Luft aus den Zylindern 504, 505 und 506 der ersten Stufe über die Auslassventile,
über den Auspuffkrümmer 513, über das Umsteuerventil 514, über die Rohrleitung
518, über den Regenerator 519, über die Rohrleitung 520, über das Umsteuerventil
509, über den Ansaugkrümmer 510 und über die Einlassventile in den Zylinder 503
der zweiten Stufe gepumpt. Nach ihrer in der zweiten Stufe erfolgten, weiteren
Verdichtung wird die Druckluft aus dem Zylinder 503 über die Auslassventile, über
den Auspuffkrümmer 512, über das Umsteuerventil 514, über die Rohrleitung 521,
über den Regenerator 522, über die Rohrleitung 523 und über die Einlassventile in
den Zylinder 524 der dritten Stufe gepumpt. Nach ihrer in der dritten Stufe erfolgten
Verdichtung wird die nunmehr dreifach verdichtete Druckluft über die Rohrleitung
525 und über das Drossel- und Rückschlagventil 526 in den Druckluftbehälter 517
gepumpt.
Für den druckluftmotorischen Betrieb der Zylinder 503, 504, 505, 506 und 524 der
Kraftmaschine strömt die Druckluft aus dem Druckluftbehälter 517 über das Drossel-
und Rückschlagventil 526, über die Rohrleitung 525 und über die Auslassventile in
den Zylinder 524 der ersten Stufe, wonach die Druckluft Arbeit leistend in ihrem
Druck abgemindert wird. Hiernach strömt die bereits in Ihrem Druck in der ersten
Stufe abgeminderte Druckluft über die Einlassventile aus dem Zylinder 524, über die
Rohrleitung 523, über den Regenerator 522, über die Rohrleitung 521, über das
Umsteuerventil 514, über den Auspuffkrümmer 512 und über die Auslassventile in
den Zylinder 503 der zweiten Stufe, wonach die Druckluft in der zweiten Stufe
weiterhin Arbeit leistend in ihrem Druck abgemindert wird. Die in ihrem Druck bereits
in zwei Stufen abgeminderte Druckluft strömt hiernach über die Einlassventile aus
dem Zylinder 503, über den Ansaugkrümmer 510, über das Umsteuerventil 509,
über die Rohrleitung 520, über den Regenerator 519, über die Rohrleitung 518, über
das Umsteuerventil 514, über den Auspuffkrümmer 513 und über die Auslassventile
in die Zylinder 504, 505 und 506 der dritten Stufe, wonach die Druckluft in der dritten
Stufe Arbeit leistend entspannt wird. Hiernach strömt die entspannte Druckluft über
die Einlassventile aus den Zylindern 504, 505 und 506 über den Ansaugkrümmer
511, über das Umsteuerventil 509 und über die Rohrleitung 508 in das
Ansaugsystem 507 oder über eine Rohrleitung, die durch das in seiner Funktion
erweiterte Umsteuerventil 509 zugeschaltet wird, über einen Schalldämpfer oder
ohne einen Schalldämpfer in die Außenluft.
Weist während dieses Arbeitsverfahrens das Abgassystem 507 einen geringen
Innendruck auf, kann die entspannte Druckluft auch in das Abgassystem 516
eingeleitet werden. Wird die entspannte Druckluft in das Ansaugsystem 507 geleitet,
kann hierbei ein Luftkühler, der hier als Ladeluftkühler bereits vorhanden sein kann,
in vorteilhafter Weise den Druck der entspannten Druckluft reduzieren und eine
bereits vorhandene Ladeluftturbine mit einer variablen Turbinengeometrie in
vorteilhafter Weise den Druck der entspannten Druckluft reduzieren und eine bereits
vorhandene Ladeluftturbine mit einer variablen Turbinengeometrie, in vorteilhafter
Weise als Arbeitsturbine geschaltet werden, wodurch die Ladeluftturbine das
Fahrzeug zusammen mit der im druckluftmotorischen Betrieb arbeitenden
Kraftmaschine antreibt.
Ein Einsatz der durch die Hubventilsteuerungen beaufschlagten
Rohrleitungssysteme gemäß den Schaltplänen der Fig. 32 und 33 ist auch für einen
mehrstufigen Druckluftbetrieb möglich. Hierbei ist jedoch ein erhöhter Aufwand bei
den Umschaltventilen und auch bei den Rohrleitungssystemen erforderlich.
Weiterhin ist bei einer mehrstufigen Drucklufterzeugung eine Führung der
Ansaugluft etwa über die Auslassventile in die Zylinder der ersten Stufe und die
weitere Führung der hier erzeugten Druckluft etwa über die Einlassventile in die
Zylinder der zweiten Stufe und einander die Ventilart abwechselnd auch in die
Zylinder der dritten oder vierten Stufe möglich. Bei dem mehrstufigen
druckluftmotorischen Betrieb ist sowohl eine Führung der Druckluft in gleicher
Strömungsrichtung durch die Zylinder oder, wobei Umschaltventile und
Rohrleitungen eingespart werden, eine Führung der Druckluft in umgekehrter
Strömungsrichtung möglich.