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Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für schnelllaufende
Fahrzeugmotoren, bei welcher an einer formschlüssig mit der Steuerwelle verbundenen
Schubstange eine oszillierende Schwinge angelenkt ist, die einen das Ventil betätigenden
Zwischenhebel antreibt.
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Es sind durch Exzenter betriebene Ventilsteuerungen bekannt, bei welchen
mit dem Ende des Ventilschaftes zusammenwirkende, gestufte Steuerflächen einer Nockenschwinge
das Öffnen der Ventile bewirken. Das Schließen der Ventile erfolgt unter Vermittlung
von mit dem Ventilschaft verbundenen Druckfedern. Bei derartigen Steuerungen ist
die durch Drehzahlerhöhung ermöglichte Leistungsausbeute der Brennkraftmaschine
infolge der notwendigen Ventilschließfedern begrenzt. Es müssen nicht nur die Federmassen
zusätzlich beschleunigt, sondern bei Drehzahlerhöhung auch entsprechend stärkere
Federn vorgesehen werden. Die Verstärkung läßt sich jedoch nicht beliebig steigern,
da die Federkräfte unzulässige Werte annehmen, die zu örtlichen Pressungen führen
und eine übermäßige Abnutzung der Schwinge zur Folge haben.
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Um diese Mängel zu vermeiden, wurden schon Ventilsteuerungen ausgeführt,
bei welchen das Ventil unter Verwendung je eines besonderen Öffnungs- und Schließnockens
zwangläufig gesteuert wird. DieseAusführungen sind an obenliegende Nockenwellen
gebunden, deren Antrieb einen erheblichen Bauaufwand erfordert. Da außerdem für
jedes Ventil zwei Nocken erforderlich sind, kommt diese Art der Steuerung teuer
und ist in der Anwendung deshalb auf Ausführungen beschränkt, bei welchen die wirtschaftlichen
Belange von untergeordneter Bedeutung sind.
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Zur Regelung der Brennkraftmaschine ist es bereits bekannt, die Öffnungszeiten
und den Hub von Ventilen während des Betriebes zu ändern. Dies kann von Hand oder
selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgen. Es
sind auch Ausführungen bekannt, bei welchen das Spiel zwischen Öffnungs- und Schließkurve
und Zwischenhebel bei zwangläufigen Ventilantrieben mittels Exzenter eingestellt
werden kann. Die für die Regelung notwendigen Gestänge weisen eine Vielzahl von
Teilen mit Gelenkverbindungen auf, so daß es einen besonderen Aufwand erfordert,
eine exakte Regelung zu erhalten. Außerdem sind diese Vorrichtungen sperrig und
benötigen einen großen Platz, wodurch die Gesamtmaße der Brennkraftmaschine entsprechend
vergrößert werden.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß
zur Erreichung eines zwangläufigen Ventilantriebes der Zwischenhebel in an sich
bei Ventilzwangsantrieben bekannter Weise ein gabelförmiges Ende mit mehreren Steuerflächen
aufweist, die mit einem Öffnungsabschnitt und einem Schließabschnitt der Schwinge
zusammenarbeiten, und daß die Schwinge und der Zwischenhebel getrennt auf einem
Lenker gelagert sind, der zwecks Änderung von Öffnungszeit und Hub des Ventils schwenkbar
im Maschinengehäuse angeordnet ist. Durch diese Komhination wird erreicht, daß eine
Schließfeder in der Steuerung entfällt und mit einem Steuerglied sowohl die Öffnungs-
als auch die Schließbewegung des Ventils vollzogen werden kann. Es wird dadurch
ferner erreicht, daß der Steuerantrieb von einer untenliegenden Steuerwelle abgenommen
werden kann, wodurch eine wesentliche Kostenersparnis erzielt wird. Außerdem ergibt
sich eine kompakte, raumsparende Ausführung, welche ohne Schwierigkeiten in dem
im Zylinderkopf zur Verfügung stehenden Raum untergebracht werden kann. Durch den
Lenker besteht weiter die Möglichkeit, auf einfache Weise den Hub und damit die
Steuerzeiten jedes Ventils zu verändern, so daß man eine beliebige Steuercharakteristik
erhalten kann.
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Das Spiel zwischen der Ventilöffnungs- und Ventilschließkurve der
Schwinge und den Steuerflächen des Zwischenhebels ist durch in der Drehachse der
Schwinge und in der Drehachse des Zwischenhebels angeordnete Exzenter einstellbar.
Weiter ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Lenker in seiner Drehachse um
einen Exzenter verstellbar gelagert ist, welcher zur Ventilspieleinstellung dient.
Der Lenker ist mit einem von Hand betätigbaren oder selbsttätig wirkenden Stellglied
verbunden, welches den Lenker verschwenkt und hierdurch die Schwinge und den Zwischenhebel
relativ zueinander verstellt. Das Stellglied wird durch eine mit dem Lenker verbundene
Gewindespindel
gebildet, welche mit einer am Maschinengehäuse befestigten Verstellmutter zusammenwirkt.
Die Verstellung kann jedoch auch selbsttätig erfolgen, indem das Stellglied durch
einen in einem Zylinder gleitenden Stehkolben gebildet wird, wobei ein dessen Druckbeaufschlagung
regelnder Schieber über ein Verstellgestänge an einem Fliehkraftregler angreift,
welcher vorzugsweise mit der Steuerwelle der -Maschine gekuppelt ist. Der Schieber
wird von der Kolbenstange des Stellkolbens getragen und ist mittels Druckschläuchen
an eine Flüssigkeitsdruckpumpe angeschlossen. Dadurch erfolgt der Druckölanschluß
an einem Bauteil der Einrichtung, welcher mit großen Kräften bewegt wird, so daß
die bei Druck-;,)lzufuhr hervorgerufene: Störkraft nicht den Drehzahlgeber beeinflußt.
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In der Zeichnung, welche zwei beispielsweise Ausführungsformen der
Erfindung veranschaulicht, ist Fia. 1 eine Ansicht der Ventilsteuerung nach der
Erfindung, teilweise im Schnitt, wobei eine hydraulische Einrichtung zur Änderung
der Steuercharakteristik schematisch angedeutet ist.
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Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ventilsteuerung, Fi-. 3 ein Schnitt
nach der Linie III-IIl der Fig. 1 in größerem -Maßstab und Fig. d eine vereinfachte
Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilsteuer ung.
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Von einer im einzelnen nicht näher veranschaulichten Brennkraft maschine
wird eine Steuerwelle 1 angetrieben. welche mit einer der Zylinderzahl entsprechenden
Anzahl von Exzentern 2 für die Steuerung der Ein- und Atislaßven'ile versehen ist.
Da die Steuerung iedes, Ein- und Auslaßventils der Brennkraftmaschine gleich ist,
wird im folgenden die Steuerung an Hand eine: Einlaßventils beschrieben. An die
mit dem Exzenter über einen Ring 3 formschlüssig verbundene Sehubstange 4 ist über
ein Gelen-. 5 eine Nockenschwinge 6 an-elenkt. Die Lockenschwinge 6 besitzt eine
Ventilerhebungskurv e 7 und eine Ventilschließkurve B. die derart ineinander übergehen,
daß die Schwinge als kontinuierlich schleifbare Form hergestellt wcrden kann. Die
Nockenschwinge6 wird unter .-ertnittlung eines Bolzens 9 von einem Lenker 10, 10'
getragen. welcher durch Zapfen 11, 11' im Zylinderlcnpf der -Maschine befestigt
ist. Auf dem Lenker 10, 10' ist unal:hängig von der Nockenschwinge 6 ein Zwi#cbenbehel12
angebracht, welcher um einen Bolzen 13 schwenkbar gehalten ist. Der Zwischenhebel
12 ist zas Gabel mit zwei unter einem Winkel zueinander angestellten ebenen Steuerflächen
14, 15 ausgebildet. Die Steuerfläche 14 kommt an der Ventilerhebungskurve 7 und
die Fläche 15 an der Ventilschließkurve 8 zur Anlage. Das der Gabel gegenüberliegende
Ende des Zwischenhebels 12 endet in ein Gehäuse 16, das finit einer -zylindrischen
Bohrung 17 versehen ist. In die zvlindrische Bohrung 17 ist der kugelig ausgel;ildete
Kopf 18 eines Tellerventils 19 eingesetzt. In der Drehachse 9 der Nockenschwinge
6 trägt der Lenker 10. 10' einen Bügel 20, welcher mit einem durch einen Zylinder
21 und einen Kolben 22 gebildeten Stellglied verbunden ist. Der Kolben 22 steht
über die Kolhenstange 23 mit einem Steuerschieber 24 in Verhindung. Der Steuerschieber
24 besitzt eine Druckölzt:führnut 25 und eine Rücklaufnut 26. Die Nut 25 steht über
eine Bohrung 27 mit einem Druckölschlauch 28 (Fia. 3) in Verbindung, welcher
seinerseits an die Pumpe 29 der hv di-aulischen Anlage angeschlossen ist. Die Rücklaufnut
26 des Schiebers 24 steht über eine (@ueri:nl:rung 30 ebenfalls mit einem Druckschlauch31
in Verbindung, welcher in den Vorratsbehälter 32 der Anlage mündet. Die Zuführnut
25 bzw. die Rücklaufnut 26 können durch Drehen des Schiebers 24 in Umfangsrichtung
wahlweise mit Leitungen 33 bzw. 34, die die Kolbenstange 23 durchsetzen, in Verbindung
gebracht werden. Die Leitung 33 mündet oberhalb und die Leitung 34 unterhalb des
Kolbens 22 in den Arbeitsraum des Zylinders 21. über einen Hebel 35 ist der Schieber
24 an ein Verstellgestänge 36 angeschlossen, welches mit einem Fliehkraftregler
37 verbunden ist. Der Fliehkraftregler 37 wird durch eine Welle 38 der Brennkraftmaschine
in Umlauf versetzt.
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Zur Grundeinstellung der Steuerung ist das erforderliche Spiel zwischen
dem Ventil 19 und dem Zwischenhebel 12 einerseits bzw. dem Zwischenhebel und der
@1Tockenschwinge 6 andererseits einzustellen. Zu diesem Zweck sind die entsprechenden
Lagerbolzen 9, 13 bzw. die Anlenkzapfen 11, 11' als Exzenter ausgebildet, so daß
eine Verdrehung der Bolzen um ihre Achse ein Verstellen der Teile zueinander bewirkt.
Durch Anheben bzw. Senken der Drehachsel-, 11' des Lenkers 10, 10' wird dabei die
Lage des Zwischenhebels gegenüber dem Kopf 18 des Ventils 19 entsprechend den erforderlichen
Bedingungen berichtigt. Beim Lauf der -Maschine wird die Schubstange4 durch die
Steuerwelle 1 hin- und herbewegt, wodurch die Nockenschwinge 6 um die Achse des
Bolzens 9 geschwenkt wird. Bewegt sich die Schubstange 4 abwärst, so gleitet die
Steuerfläche 14 des Zwischenhebels 12 auf der nach auswärts schwingenden Ventilerhebungskurve
7, wodurch der Hebel um den zugehörigen Lagerbolzen 13 geschwenkt die Offnungsbewegung
des Ventils 19 bewirkt. Ist die tiefste Schubstangenstellung erreicht, so findet
durch den Exzenter 2 eine Bewegungsumkehr statt. Die Noekenschw-inge 6 wird nunmehr
durch die aufwärts bewegte Schubstange 4 in entgegengesetzter Richtung geschwenkt,
worauf mit Hilfe der Schließkurve 8 der Zwisebenhebel 12 und somit das Ventil 19
zwangläufig zurückgeführt und geschlossen wird.
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Ändern sich beispielsweise durch Drehzahlerhöhung die Betriebszustände
der Maschine, so wird die Steuercharakteristik selbsttätig auf den optimalen Zustand
eingeregelt. Wird die Welle 38 in Umlauf versetzt, so werden die Fliehgewichte 39
des Reglers 37 nach außen gedrückt, wodurch das Verstellgestänge 36 mit Bezug auf
die Zeichnung nach oben wandert und den Hebel 35 des Schiebers 24 verstellt. Dadurch
gelangt das von der Pumpe 29 zunächst über die N ebenfluß -leitung 40 und das Überströmv
entil 41 leer geförderte Drucköl mit Hilfe des Druckschlauches 28 in die Zuführnut
25 des Steuerschiebers 24. Nachdem durch die geschilderte Verstellbewegung der Hebel
35 entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt wird, wird die Nut 25 mit der Leitung 34
in Verbindung gebracht, so daß das Drucköl in den Zylinder 21 eintritt und sich
der Kolben 22 ebenfalls nach oben bewegt. Die Druckölzufuhr hält so lange an, bis
die Kolbenstange 23 den Steuerschieber 24 wieder in die waagerechte, jedoch um den
entsprechenden vom Flithkraftregler gegebenen Verstellbetrag nach oben verschobene
Ausgangslage gebracht hat, d. h. daß die Leitung 34 schrittweise aus der Nut
25 auswandert. Das dabei auf der Kolbenoberseite befindliche Drucköl strömt
durch die Leitung 33 in die Rücklaufnut 26 und wird von dort über die Leitung 30
sowie den Druckschlauch 31 in den Z"orratsbehälter 32 geleitet. Gleitet der Kolben
22 auf die beschriebene Weise nach oben, so wird über dem Bügel 20 der die Nockenschwinge
6 und den Zwischenhebel 12 tragende Lenker 10, 10' um seine Anlenkzapfen 11,11'
geschwenkt.
Dadurch wird die Nockenschwinge 6 relativ zum Zwischenhebel 12 in solcher Weise
verstellt, daß der Hub des Ventils größer wird. Wird die Drehzahl der Maschine weiter
erhöht, so wiederholt sich der Vorgang von neuem, bis sich der Schieber 24 und damit
der Arbeitskolben 22 einschließlich des daran aasgelenkten Lenkers 10, 10' auf den
neuen Betriebszustand einstellen. Fällt die Drehzahl der Maschine, so bewegt der
Fliehkraftregler37 den Hebe135 im Uhrzeigersinn. Dadurch kommt die Zuführnut 25
mit der Leitung 33 und die Rücklaufnut 26 mit der Leitung 34 in Verbindung. Der
Arbeitskolben bewegt sich infolgedessen sinngemäß abwärts, bis erneut die waagerechte
Lage des Steuerschiebers erreicht ist. Der Ventilhub wird somit entsprechend reduziert
und gleichzeitig der Beginn des Hubes entsprechend verschoben. Das Druckpolster
unter dein Kolben .wird über die Leitungen 34, 26, 30 und 31 abgebaut.
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Die Fig. 4 zeigt eine Ausführung, welche sich durch den Antrieb der
Schubstange sowie dem Stellglied zum Ändern der Steuercharakteristik gegenüber der
in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Einrichtung unterscheidet. Die gleichen Teile
sind mit (leas gleichen, jedoch mit einem Index versehenen Bezugszeichen hezeichnet.
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Die Steuerwelle 1' besteht mit einer Taumelscheibe 42 aus einem Stück,
an welcher ein im Maschinengehäuse gelagerter Winkelhebe143 angreift. An den Winkelhebel
43 ist eine Schubstange 4' aasgelenkt. Über ein Gelenk 5' steht die Schubstange
4' mit der Nockenschwinge 6' in treibender Verbindung. Die Schwinge 6' und der Zwischenhebel
12' sind auf einem ,gemeinsamen Lenker 10" angeordnet und um Bolzen9' l:zw. 13'
unabhängig voneinander beweglich gelagert. Die Aaslenkung des Zwischenhebels 12'
an das Ventil 19' erfolgt gleichfalls durch einen Kugelkopf 18'. Zur Änderung der
Steuercharakteristik ist der Lenker 10" an seinem freien abgewinkelten Ende 44 mit
einer Gewindespindel 45 großer Steigung versehen. Die Spindel 45 arbeitet mit einer
Verstellmutter 46 zusammen, welche fest im Maschinengehäuse 47 verankert ist. An
die Mutter 46 ist eine lösbare Handhabe 48 angebracht. Ferner greift bei Brennkraftmaschinen
mit mehreren Zylindern an der Mutter 46 eine strichpunktiert angedeutete Zahnstange
49 zur Verstellung sämtlicher Ventiltriebe an.
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Läuft die Steuerwelle 1' und damit die Taumelscheibe 42 um, so wird
über den Winkeltrieb 43 die Schubstange 4' hin- und herbewegt. Durch diesen Vorgang
vollzieht sich über die Nockenschwinge 6' und den Zwischenhebel 12' wie bei der
Ausführung nach den Fig. 1 bis 3 zwangläufig das Öffnen und Schließen des Ventils
19'. Wird die Brennkraftmaschine z. B. als Stationärmotor im wesentlichen konstant
in einem anderen Betriebsbereich gefahren, so ist zur Änderung der Steuercharakteristik
die Handhabe 48 in die Mutter 46 einzuführen. Durch Verdrehen derselben wird der
Lenker 10" um seinen Drehzapfen 11" gehoben oder gesenkt, wodurch eine `'erschiebung
des Ventilhubbeginns, d. h. eine entsprechende Korrektur der Steuerzeit, erreicht
wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
So kann die Änderung der Steuercharakteristik der Maschine auch durch eine pneumatische
oder elektrisch gesteuerte Einrichtung vorgenommen werden.