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Nockensteuerung für ein Einlaßventil und ein konzentrisch darin geführtes
Auslaßventil Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockensteuerung für die mit Rückführfedern
versehenen Ventile von Viertakt-Brennkraftmaschinen mit einem Einlaßventil und einem
konzentrisch darin geführten Auslaßventil, wobei das Einlaßventil seinen Sitz im
Zy-
linderkopf und das Auslaßventil seinen Sitz im Einlaßventil hat und ferner
die Öffnungszeiten der beiden Ventile sich überschneiden.
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Ventile für Viertakt-Brennkraftmaschinen der beschriebenen Art sind
mehrfach bekanntgeworden. Die darauf Bezug nehmenden Nockensteuerungen sind dabei
derart ausgebildet, daß das Auslaßventil am Ende der überschneidung der Öffnungszeiten
bzw. am Ende der Spülperiode der Zylinder schlagartig auf dem Einlaßventil schließt.
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Die Ventilerhebungskurven so gesteuerter Ein- und Auslaßventile lassen
das schlagartige Aufsetzen des Auslaßventils auf dem Einlaßventil durch ein steiles
Annähern der Auslaßventilerhebungskurve an die Einlaßventilerhebungskurve erkennen.
Der Schlag m-v des Auslaßventiltellers auf dem Einlaßventilteller wird dabei auf
den Sitz und die Steuerorgane des Einlaßventils übertragen, wobei diese Teile einer
zusätzlichen, die Lebensdauer verkürzenden Ab-
nutzung unterworfen werden.
Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beheben, und ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Nocken für das Einlaß- und das Auslaßventil so ausgebildet und zueinander
angeordnet sind, daß der Abschluß des Auslaßventils auf dem geöffneten Einlaßventil
erfolgt, wenn die Hubkurven beider Ventile sich annähernd asymptotisch aneinander
angeglichen haben.
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Bei Ventilsteueruil-en für Brennkraftmaschinen ist es üblich, die
Nocken so zu gestalten, daß sich die Ventile auf dem stationären Sitz im Zylinderkopf
weich aufsetzen. Die dort zu diesem Zwecke getroffe-Den Maßnahmen können jedoch
bei sich gleichzeitig bewegenden Ventilen ein schlagartiges Aufsetzen nicht verhüten.
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Bei praktischen Ausführungen der Erfindung kann die Öffnung des Auslaßventils
vor oder nach dem oberen Totpunkt auf einen kleineren Wert sinken und anschließend,
je nach Dauer der Überschneidungszeit, mit fortschreitender Nockendrehung
mehr oder weniger zunehmen. Bei der Verwendung räumlich getrennter Ventile ist es
bekannt, im Steuerzeitäberschneidungsbereich den Ventilhub des Auslaßventils mit
fortschreitender Nockendrehung zuerst zu verkleinern und dann wieder zu vergrößern.
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Im Sinne des zu erreichenden Zwecks der Erfindung können die Nocken
so ausgebildet und zueinander angeordnet sein, daß der Abschluß des Auslaßventils
auf dem geöffneten Einlaßventil erst dann erfolgt, wenn das Einlaßventil nur noch
eine Bewegung mit verhältnismäßig kleiner Geschwindigkeit ausführt. In weiterer
Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Abschluß des Auslaßventils
auf dem geöffneten Einlaßventil erst dann erfolgt, wenn das Einlaßventil mindestens
annähernd seinen Höchsthub erreicht hat. Damit wird die Verkleinerung der Übertragungskräfte
auf die Steuervorrichtung des Einlaßventils noch weiter begünstigt, insbesondere
fallen die Torsionskräfte auf die Einlaßstetiernocken kleiner aus. Die Erfindung
kann ferner so vorgesehen sein, daß nach Abschluß des Auslaßventils der Ausla,ßventilnocken
eine kleinere Hubhöhe als der Einlaßventilnocken aufweist. Es wird dadurch ein besonders
fester Sitz des Auslaßventiltellers auf dem Einlaßventil erzeugt und bis zur nächsten
Auslaßperiode mittels der Ventilfedern gewährleistet. Die Erfindung kann weiter
so ausgebildet sein, daß das Auslaßventil mindestens zeitweise einen größeren Hub
hat, als der Höchsthub des Einlaßventils beträgt. Dadurch kann wegen der vergrößerten
öffnung bzw. verminderten Druckwiderstands eine größere Luftmenge von der Maschine
aufgenommen werden. Das Auslaßventil
kann wenigstens während der
Spülperiode einen größeren Hub als der Höchsthub des Einlaßventils haben; in diesem
Falle wird die Spülluftmenge verc,rößert.
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ZD In der Zeichnung sind durch die Fig. 1 bis 6 beispielsweise
Wirkungsweisen der Steuervorrichtung von Brennkraftmaschinen nach dem Erfindungsgegenstand
sowie durch die Fig. 7 und 8 zwei Ausführungsbeispiele an diesen sie
betreffenden Viertakt-Brennkraftmaschinen dargestellt. Entsprechende Steuerungsvorgänge
sind in den Fig. 1 bis 6 durch Buchstaben und gleiche Teile in den
Ausführungsbeispielen, Fig. 7 und 8, mit gleichen Zahlen bezeichnet.
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Die Fig. 1, 3 und 5 stellen Ventilerhebungskurven der
Ein- und Auslaßventile der betreffenden Brennkraftmaschinen in Funktion der Kurbelwinkel
ihrer Kurbelwellen dar. Dabei sind darin als Beispiele verschiedene Steuerzeiten
für die Ein- und Auslaßventile angenommen.
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Die Fig. 2, 4 und 6 zeigen, entsprechend den Ventilerhebungskurven
nach den Fig. 1, 3 und 5, den Verlauf der Öffnungsquerschnitte der
Ein- und Auslaß-Ventile während der Spülperioden in den Zylindern für die in die
Zylinder gehende Spülluft, ebenfalls in Funktion der Kurbelwinkel der betreffenden
Maschinen.
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Die Fig. 7 und 8 stellen hingegen je einen Vertikalschnitt
durch einenZylinder einerBrennkraftmaschine gemäß Erfindungsgegenstand und gemäß
den beispielsweisen Ventilerhebungskurven und den öffnungsquerschnitten der Ein-
bzw, Auslaßventile während der Spülperioden entsprechend -den Fig. 1 und
2 bzw. 5
und 6 dar.
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In Fig.- 1 ist a (ausgezogene Linie) die Ventilerhebungskun-e
des Auslaßventils. Gemäß dieser Kurve öffnet das Auslaßventil jedes Zylinders
30' vor unterern Totpunkt (UTP),:ünd es hat seine maximale Öffnung ungefähr
in der Mitte des Auslaßhubs zwischen UTP und oberein Totpunkt (OTP) der Kolben.
Diese öffnung sinkt dann in der Nähe des oder nach dem OTP auf einen kleineren Wert.
Der Abschluß des Auslaßventils auf dem geöffneten Einlaßventil gemäß Ventilerhebungskurve
b (gestrichelte Linie) erfolgt gemäß der Erfindung erst dann, wenn die Hübe
beider Ventile in bezug auf die geschlossenen Stellungen beider Ventile sich annähernd
asymptotisch aneinander angeglichen haben, d. h. nach Fig. 1
bei
30' nach dem OTP. Im Fall von Fig. 1 nimmt der Hub des Auslaßventils
zu diesem Zweck gegen den Abschluß dieses Ventils auf dem Einlaßventil hin sogar
zu. Durch die annähernd asymptotische Angleichung der Hübe beider Ventile beim Schließvorgang
des Auslaßventils wird ein-sanftes Aufsetzen des Auslaßventils auf dem dann noch
geöffneten Einlaßventil erreicht, um auch bei Maschinen dieser Gattung keine zu
großen Kräfte auf die Steuervorrichtungen der Ventile zu erhalten. Hat das Auslaßventil
auf dem geöffneten Einlaßventil geschlossen, so ist der Steuernocken für das Auslaßventil
dann weiter so ausgebildet, daß das letztere während des weiteren Einlaßhubs durch
die Wirkung der Auslaßventilfeder stets auf dem Einlaßventil geschlossen bleibt,
d. h., die dein Auslaßnocken entsprechende Hubkurve a verläuft dann stets
niedriger als die Hubkurve b des Einlaßventils bis über den Zeitpunkt hinaus,
wo dann das letztere ebenfalls schließt, was entsprechend Fig. 1
beispielsweise
300 nach UTP stattfindet.
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Der größte Hub a des Auslaßventils kann, wie in Fig. 1 dargestellt
ist, kleiner sein als der größte Hub b
des Einlaßventils, damit ein fester
Sitz des Auslaßventiltellers auf dem Einlaßventil entsteht. Beide Hübe können aber
auch gleich groß gewählt werden.
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Fig. 2 zeigt den jeweiligen minimalen Öffnungsquerschnitt c bzw.
d des Ein- bzw. Auslaßventils während der Spülperiode, die hier, wie auch
aus Fig. 1 hervorgeht, von 40' vor OTP bis 30' nach OTP dauert. Der
minimale Öffnungsquerschnitt, Kurve c, wird zuerst von 40' vor OTP bis vor dem OTP
durch das Einlaßventil hergestellt und nach diesem Zeitpunkt, entsprechend der Kurve
d, durch das auf dem Einlaßventil sich schließende Auslaßventil. Dieses sitzt,
wie bereits gesagt, bei 30' nach OTP auf dem Einlaßventil auf. Dabei ist
die Ausführung der Steuervorrichtung und der Steuernocken des weiteren so getroffen,
daß das Auslaßventil nach seinem Aufsitzen und Abschließen auf dem Einlaßventil
während der folgenden Einlaß-, Verdichtungs-, Verbrennungs- und Expansionsperioden
des betreffenden Zylinders bis zu seiner nächsten öffnung 30'
vor UTP durch
die Wirkung der Auslaßventilfeder geschlossen bleibt.
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Fig. 3 stellt, analog wie in Fig. 1, die Ventilerhebungskurven
des Aus- und Einlaßventils einer Brennkraftmaschine nach dem Erfindungsgegenstand
dar, bei welcher die Steuerzeiten dieser Ventile, gegenüber denjenigen in Fig.
1 dargestellt, geändert sind. d (ausgezogene Linie) ist die Ventilerhebungskurve
des Auslaßventils und b' (gestrichelte Linie) diejenige des Einlaßventils.
Das Auslaßventil öffnet 50' vor UTP und schließt bei 60' nach OTP
auf dem bereits geöffneten, Einlaßventil. Der höchste Hub des Auslaßventils ist
in diesem Fall aber größer als derjenige des Einlaßventils. Vor dem Schließen des
Auslaßventils auf dem Einlaß-ventil nimmt der Hub des ersteren Ventils wieder ab,
um dann wieder gegen den Schließpunkt des Auslaßventils auf dem Einlaßventil anzusteigen.
Hie Hübe d und b' beider Ventile nähern sich ebenfalls mindestens
annähernd asymptotisch aneinander, wenn das Auslaßventil auf dem Einlaßventil
60' nach OTP schließt. Ferner steigt die Hubkurve b' des Einlaßventils
im Schließpunkt des Auslaßventils auf dem Einlaßventil nur noch langsam, so daß
sich das Auslaßventil auf dem sich nur noch langsam öffnenden Einlaßventil, also
nicht plötzlich absetzt. Es ergeben sich dadurch auch kleinere Steuerkräfte, insbesondere
auf die Steuer-Vorrichtung des Einlaßventils. Nach dem Schließen des Auslaßventils
auf dem Einlaßventil verläuft die dem Auslaßnocken entsprechende Hubkurvea' niedriger
als die Hubkurve b' des Einlaßventils, um ein sicheres Geschlossenhalten
des Auslaßventils auf dein Einlaßventil durch die Feder des ersteren bis zu seiner
nächsten Öffnung nach der Einlaß-, Verdichtungs-, Verbrennungs- und Expansionsperiode
zu gewährleisten.
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Fig. 4 zeigt, ebenfalls in Funktion des Kurbelwinkels, die minimalen,
Öffnungsquerschnitte des Ein-und Auslaßventils während der Spülperiode, die von
60' vor bis 60' nach OTP sich erstreckt. c' ist nun der durch das
Einlaßventil bedingte kleinste Öff-
nungsquerschnitt, der bis nach dem OTP
reicht. d' ist der durch das Auslaßventil bedingte kleinste Öff-
nungsquerschnitt
während der Spülperiode.
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In Fig. 5 sind die Ventilerhebungskurven des Auslaßventils
a" (ausgezogene Linie) und des Einlaßventils V' (gestrichelte Linie) dargestellt,
wenn das Auslaßventil 65' vor UTP öffnet und 80' nach OTP schließt,
während das Einlaßventil 80' vor OTP öffnet und 35' nach UTP schließt.
Die Hubkurve a" des Auslaßventils- verläuft in der Nähe seines Schließpunkts
auf
der Hubkurve b" des Einlaßventils wieder annähernd asymptotisch. Das Schließen
des Auslaßventils auf dem Einlaßventil erfolgt aber- erst dann, wenn das Einlaßventil
seinen höchsten Hub erreicht hat und deshalb sich nicht mehr in Bewegung befindet.
Die absolute Auftreffgeschwindigkeit des Auslaßventils auf dem Einlaßventil ist
deshalb noch kleiner als entsprechend der Arbeitsweise nach den Fig. 1 und
3.
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Beim in Fig. 5 dargestellten Beispiel ist ein anderer, mehr
unregelmäßiger Verlauf der Ventilerhebungskurve a" des Auslaßventils, als in den
Fig. 1 und 3 angenommen. Das Auslaßventil wird vorerst nur teilweise
geöffnet und seine Öffnung dann aber, namentlich während der Spülperiode der Maschine,
über den Hub b" des Einlaßventils hinaus vergrößert. Mit dem über den Einlaßhub
V' hinausgehenden Hub d' des Auslaßventils können ein sehr allmähliches Schließen
des Auslaßventils auf dem Einlaßventil und damit kleine Schließkräfte auf die Steuervorrichtung
des letzteren erzielt werden. Es kann auch durch die Ventilhubkurven a" des Auslaßventils
nach Fig. 5 die Anbringung von Einbuchtungen an den Ventilnocken, wie dies
in der Nähe des Schließpunkts dieses Ventils in den Fig. 1 und
3 vorgeschlagen wurde, vermieden werden.
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In Fig. 6 sind, ähnlich wie in Fig. 2 und 4, die minimalen
Ventileinlaßquerschnitte während der Spülperiode, aber von 80' vor bis
80' nach OTP dargestellt. c" ist der maßgebende Öffnungsquerschnitt des Einlaßventils
und d" derjenige zwischen dem Auslaß- und dem Einlaßventil. Entsprechend der Ansetzung
der Spülperioden nach Fig. 2, 4 oder 6 kann ein kleinerer oder größerer minimaler
Spülquerschnitt durch die Ventile erreicht werden. Durch die besondere Ausbildung
der Hubkurven a, b bzw. a', b' bzw. a", V' kann natürlich
der Verlauf der Spülquerschnitte c, d bzw. c', d' 'bzw.
c", d"' geändert und auch sein Maximum an eine andere Lage der Kurbelwelle der Maschine
versetzt werden.
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In Fig. 7 stellt 1 den Zylinderblock, l' eine
Zylinderbüchse, 2 die Kurbelwelle, 3 die Schubstange, 4 den Kolben und
6 den Zylinderkopf dar. In letzterem ist das Einlaßventil 7 und das
hierzu konzentrische und darin bewegte Auslaßventil 8 angeordnet. Das Einlaßventil
7 wird durch seinen auf der Steuerwelle5 sitzenden Steuernockeng mittels
der Stange 10, des Hebels 11, des Federtellers 12 geöffnet und durch
die Spiralfeder 13 im geeigneten Zeitpunkt wieder geschlossen. Das Auslaßventil
8 hingegen wird durch den auf der Steuerwelle 5 sitzenden Nocken 14,
das Gestänge 15, den Hebel 16 geöffnet und durch die doppelseitige
Haarnadelfeder 17, unter Vermittlung des Gabelhebels 18, auf dem Einlaßventil
7 geschlossen. Die Ausbildung der Steuervorrichtung dieser Maschine ist so
getroffen, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt. Das Maschinentriebwerk 2,
3, 4 ist so dargestellt, daß die Kurbel 2 entsprechend Fig. 1 auf
30'
nach OTP steht. Das Einlaßventil 7 ist deshalb bereits geöffnet,
und das Auslaßventil ist im Moment seines Schließens auf dem Einlaßventil.
-Dies ist der Moment, wo entsprechend der besonderen Ausbildung der Steuervorrichtung
und der Auslaß- und Einlaß-Steuernocken das Auslaßventil sich verhältnismäßig sanft
auf das Einlaßventil absetzt.
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In Fig. 7 ist noch ein Abgasturbolader mit seiner Abgasturbine
19 und seinem Lader 20 an die Maschine angeschlossen. Die Ladeluft wird der
letzteren durch die Leitung 21 zugeführt. Die Abgase der Maschine gelangen durch
die Kanäle 22 und die Leitungen 23, 24 zur Abgasturbine 19. Die Maschine
kann natürlich auch ohne einen Lader oder mit-jeder anderen Ladevorrichtung, z.
B. einem von der Maschine selbst oder anderweitig- angetriebenen Lader, ausgerüstet
sein.
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In F ' ig. 8 ist in gleicher Weise wie in Fig.
7 ein Schnitt durch einen Brennkraftzylinder einer Maschine nach dem Erfindungsgegenstand
dargestellt-Die Darstellung bezieht sich aber auf eine Ausbildung der Steuervorrichtung
entsprechend den Ventilerhebungskurven nach Fig. 5. Das Einlaßventil
7 befindet sich dabei in seinem Höchsthub, wenn das Auslaßventil
8 darauf schließt. Der Steuernocken 14 für das Auslaßventil 8 öffnet
dasselbe nur teilweise vor der Öffnung des Einlaßventils 7. Er öffnet das
Auslaßventil 8 aber während der Spülperiode stärker. Die Erhebung des Steuernockens
14 ist deshalb während der Spülperiode für das Auslaßventil größer als diejenige
des Einlaßnockens 9 für das Einlaßventil 7.
Damit kann ein möglichst
großer Spülquerschnitt durch das Ein- und das Auslaßventil erreicht werden, wie
dies in Fig. 6 zur Darstellung gelangt.
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Eine Darstellung einer Stetiervorrichtung und der Ein- und Auslaßventile
gemäß Fig. 3 und 4, wobei der Auslaßventilnocken auf einer größeren Strecke
höher ist als im Fall der Ausführung entsprechend Fig. 5 erübrigt sich.