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Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine
Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit während des Betriebes in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl veränderlichen Steuerzeiten, bei welcher der Ventilstößel
während seiner Hubbewegung ständig in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Steuernocken
der Nockenwelle steht und in einer Gleitführung verschiebbar ist.
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Es sind bereits Ventilsteuerungen für Brennkraftmaschinen mit während
des Betriebs in Abhängigkeit von der Motordrehzahl veränderlichen Steuerzeiten bekannt.
Bei einer bekannten Ventilsteuerung dieser Art ist die Ausbildung derart, daß die
Nockenwelle mit dem Steuernocken in Längsrichtung verschoben wird und hiermit dem
Ventilstößel ein der jeweiligen Drehzahl genau angepaßter Nockenquerschnitt dargeboten
wird. Dabei besteht zwischen dem Nocken und dem Ventilstößel Punktberührung, wodurch
ein rascher Verschleiß herbeigeführt wird.
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Es ist weiterhin eine Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen bekannt,
die eine in ihre Lage gegenüber der Nockenachse veränderbare Stößelführung zur Veränderung
der Steuerzeiten vorsieht. Bei dieser Ventilsteuerung ist ein Nockenstößel mit einer
quergekrümmten Arbeitsfläche und einer geraden Kammlinie um eine zu dieser Linie
senkrechte Achse mittels der Stößelführung zwischen zwei zueinander rechtwinkligen
Stellungen verstellbar angeordnet, wodurch die unterschiedlichen Arbeitsflächen
des Ventilstößels mit dem Nocken zusammenwirken.
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Es ist weiterhin eine Einrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten
in Abhängigkeit von der Drehzahl bekannt, bei welcher die vom Nocken auf einen zwischen
Nocken und Stößel angeordneten Stellhebel ausgeübten Schubkräfte als Verstellimpuls
herangezogen werden, wobei ein drehzahlabhängig wirkendes Organ die Stellung zuläßt
oder verhindert.
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Bei diesen bekannten Ventilsteuerungen wird die Veränderung der Steuerzeiten
entweder von Hand oder durch einen Fliehkraftregler oder anderen drehzahlabhängig
wirkenden Regler vorgenommen oder beeinflußt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ohne zusätzliche auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine ansprechende Geräte auszukommen.
Es sollen lediglich die vom Nocken auf den Ventilstößel und damit auf die Stößelführung
ausgeübten Kräfte und Momente und deren drehzahlabhängige Häufigkeit des Wechsels
in der Zeiteinheit als Maß für die Veränderung der Steuerzeiten herangezogen werden.
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Die Erfindung sieht dazu mechanische Mittel vor, durch welche, wie
an sich bekannt, bei Anordnung eines normalerweise für niedrige Drehzahlen eingerichteten
Nockens das öffnen des Ventils früher und das Schließen des Ventils später erfolgt,
wenn die Drehzahl steigt, oder umgekehrt bei Anordnung eines normalerweise für die
maximale Drehzahl eingerichteten Nockens das öffnen des Ventils später und das Schließen
des Ventils früher erfolgt, wenn die Drehzahl geringer wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß in an sich bei Einrichtungen zur
Veränderung der Steuerzeiten bekannter Weise die Stellung der Gleitführung zur Nockenachse
veränderlich ist, daß die Gleitführung in ebenfalls bekannter Weise um eine parallel
zur Achse des Nockens verlaufende, nahe der Stößelachse gelegene Achse verschwenkbar
ist und daß die Verschwenkung gegen die Kraft elastischer und träger Mittel erfolgt.
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Hierbei wird die normale Übertragungsbewegung des von dem Nocken betätigten
Stößels von einer Schwenkbewegung überlagert, welche die Winkelstellung der von
dem Nocken tangential berührten Fläche des Stößels gegenüber dem Nocken ändert und
hierdurch den Beginn oder das Ende der von dem Nocken bewirkten Steuerbewegung vorverlegt
oder verzögert.
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Diese Schwenkbewegung kann durch verschiedenartige mechanische Mittel
hervorgerufen werden. An sich ist das Verschwenken von Stößelführungen bei Brennkraftmaschinen
bereits bekannt. Es erfüllt jedoch bei den bekannten Einrichtungen einen anderen
Zweck.
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Lediglich als Beispiel und ohne die Erfindung hierauf zu beschränken
ist eine Ausführungsform bei
Anwendung eines für hohe Drehzahlen
eingerichteten Nockens näher beschrieben, mittels der das Öffnen des Ventils später
und das Schließen des Ventils früher bewirkt wird, wobei das Späterlegen des öffnens
bzw. das Vorverlegen des Schließens in dem Maße zunimmt wie die Drehzahl abnimmt.
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F i g. 1 stellt einen Querschnitt durch einen Teil des Motors mit
einer Ventilsteuerung nach der Erfindung dar; F i g. 2 zeigt einen Teilschnitt nach
der Linie 11-II der F i g.1; F i g. 3, 4, 5, 6 und 7 sind schematische Ansichten
der Stellung des Nockens und des Stößels bei versehiedenen Betriebszuständen; F
i g. 8 zeigt die Erhebungskurve des Ventils in Abhängigkeit von der Winkelstellung
O des Nockens bei zwei extremen Drehzahlen des Motors; F i g. 9 stellt einen Schnitt
nach der Linie I-1 der F i g. 10 durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung
dar; F i g. 10 zeigt einen Schnitt nach der Linie X-X der F i g. 9; F i g. 11. ist
ein Schnitt nach der Linie III-111 der F i g. 10, und F i g. 12 bis 19 zeigen alle
Stellungen, welche die bewegliche Gleitführung und die Nockenwelle in zwei um 180'
verschiedenen Lagen des Nockens einr_ehmen können, wobei die F i g. 12 bis 15 für
eine hohe Drehzahl und die F i g. 16 bis 19 für eine niedrige Drehzahl gelten.
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In F i g. 1 ist mit 1 das Motorgehäuse und mit 2 de Nockenwelle bezeichnet.
Die Nockenwelle 2 ist mit dem Nocken 3 versehen, der sowohl als Einlaßr_ocken als
auch als Auslaßnocken dienen kann und das nicht dargestellte Ventil über die üblichen
Zwischenglieder, d. h. einen Stößel 4, eine Stößelstange 5 und einen nicht dargestellten
Kipphebel, steuert.
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Der Stößel 4 ist, statt unmittelbar in einer Gehäusebohrung geführt
zu sein, in einer beweglichen Gleitführung 6 verschiebbar gelagert. Diese bewegliche
Gleitführung 6 besitzt eine zur Achse der Nockenwelle 2 parallele Schwenkachse 7,
die in Lagerösen 8 des Gehäuses gelagert ist. Die Schwenkachse liegt nahe der Achse
des Stößels 4. An der der Schwenkachse 7 abgewendeten Seite ist die Gleitführung
6 mit einer einen Hebel 9 bildenden Verlängerung versehen, der gegebenenfalls eine
ergänzende Masse 10
aus Metall aufweist. An seinem freien Ende ist der Hebel
9 mit zwei ebenen geschliffenen Flächen 11.
versehen, auf die sich
normalerweise die kugelförmigen Enden 12, 12' der beiden Gegenkolben
13, 13'
abstützen. Diese hohl ausgebildeten Kolben stehen unter der Wirkung
der Federn 14 und 14' und sind in Zylinder 15, 15' eingepaßt.
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Die Enden dieser Zylinder sind über die Durchlässe 17, 17', die einen
bestimmten Querschnitt haben, mit den Kanälen 16, 16' verbunden, die an die normale
Umlaufschmierung des Motors angeschlossen sind. Die Stößelstange 5 steht mit dem
Stößel 4 über eine Kugelverbindung 18 in Berührung.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Der Nocken 3 ist so gestaltet, daß
er dem Ventil für die größte mögliche Drehzahl des Motors eine genaue Hubbewegung
vermittelt, die in F i g. 8 durch die Kurve 19 dargestellt ist. Wenn der Motor langsamer
läuft, so wird diese Bewegung durch die nachstehend aufgeführten Vorgänge verändert
(F i g. 3, 4, 5, 6 und 7). Sobald das Spiel zwischen Nocken und Stößel überwunden
ist und der Nocken 3 sich gegen den Stößel 4 anlegt, beginnt die bewegliche Gleitführung
6 sich um die Schwenkachse 7 im Sinne der Drehbewegung des Nockens zu verschwenken.
Der Berührungspunkt verschiebt sich dabei fortschreitend nach rechts, während zugleich
der Stößel 4 beginnt, sich in der beweglichen Gleitführung 6 zu verschieben und
das Ventil anzuheben.
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F i g. 4 zeigt z. B. die Lage 22 des Berührungspunktes, die dem Winkel
O1 nach F i g. 8 entspricht. Dabei ist die Feder 14 zusammengedrückt worden, während
sich die Feder 14' entspannt hat, so daß die der Drehung entgegengesetzte
Kraft gewachsen ist. Das im Innern des Zylinders 15 befindliche Öl hat infolge der
geringen Drehzahl über den Durchlaß 17 abfließen können, ohne nennenswerten Widerstand
zu finden. Der Stößel 4 hat die Neigung, wieder seine Ausgangsstellung einzunehmen,
wenn der Berührungspunkt nach 23 in die Mitte des Stößels gewandert ist. Diese in
F i g. 5 dargestellte Stellung entspricht dem Winkel 02 der F i g. B.
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Bei weiterer Bewegung des Nockens 3 wandert der Berührungspunkt weiter
nach links, bis er z. B. die Lage 24 nach F i g. 6 erreicht. Das Drehmoment
wechselt dabei seinen Drehsinn und versucht nunmehr, den beweglichen Teil 6 entgegen
der Drehrichtung des Nockens zu verschwenken, was dadurch begünstigt wird, daß das
durch die Federn 14, 14'
erzeugte entgegengerichtete Moment sehr gering ist.
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Die Vorgänge beim Öffnen wiederholen sich nahezu symmetrisch beim
Schließen, wobei F i g. 6 dem Winkel 03 der F i g. 8 entspricht. F i g. 7 zeigt
besonders die Stellung in dem Augenblick, in dem der Nocken 3 sich von dem
Stößel 4 löst. Bei weiterer Drehung des Nockens entsprechend der Kompressionszeit
und dem Entspannen ist der bewegliche Teil 6 nicht mehr beansprucht und verbleibt
in seiner mittleren Gleichgewichtslage.
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Unter diesen Bedingungen entspricht der Hubverlauf der Kurve 25 nach
F i g. B.
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Bei großer Drehzahl kann die beschriebene Schwenkbewegung des Stößels
nicht erfolgen, weil trotz der Vergrößerung der Reaktionskraft 21 infolge
der Trägheit der genannten Kipphebelvorrichtung das Widerstandsdrehmoment aus nachstehend
angeführten Gründen sofort sehr bedeutend wird: 1. wegen des Trägheitsmomentes des
Stößels 4 und der beweglichen Gleitführung 6 und 2. wegen der Dämpfungskraft
infolge des erschwerten Abfließens des Öles aus den Zylindern 15 und 15' über die
Durchlässe 17 und 17'.
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Wenn die Schwenkbewegung nicht erfolgt, vollzieht sich die Übertragungsbewegung
des Stößels wie gewöhnlich, wobei der Hubvorgang entsprechend der Kurve 19 nach
F i g. 8 verläuft.
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Für alle Zwischendrehzahlen führt die bewegliche Gleitführung 6 Zwischenschwenkbewegungen
aus, für die der Hubvorgang entsprechend einer zwischen den Kurven 25 und 19 gelegenen
Kurve verläuft.
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Durch geeignete Wahl der Gleichgewichtselemente der beweglichen Gleitführung
6, wie z. B. der Federn, der Dämpfung und der Trägheit, ist es möglich, für ein
und denselben Motor diese verschiedenen Kurven dem optimalen Lauf des Motors für
jede Drehzahl anzupassen.
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Die gleichen Ergebnisse können erhalten werden, wenn insbesondere
die Wirkung der Trägheit durch
die Wirkung von zwei Blattfedern
ersetzt wird, die an der Gleitführung 6 angebracht sind und von einem Exzenter beeinflußt
werden, der auf der Nockenwelle 2 sitzt (vgl. F i g. 9 bis 19).
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In F i g. 9 sind wieder das Motorgehäuse 1 und die Nockenwelle 2 mit
dem Nocken 3 dargestellt, der das Ventil über den Stößel 4, die Stößelstange 5 und
den Kipphebel steuert. Der Stößel 4 ist hier in der Bohrung einer beweglichen Gleitführung
106 verschiebbar, an dem ein Hebel 9 mit an seinem freien Ende angeordneten ebenen
geschliffenen Flächen 11 angebracht ist. An diesen Flächen liegen die kugeligen
Enden 12 der beiden Gegenkolben 13, 13' an, die wiederum in Zylindern verschiebbar
sind und durch die Federn 14, 14' in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt werden.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Schwenkmittelpunkt der beweglichen
Gleitführung 106 mit dem Hebel 9 auf der mit der Stößelstange 5 gleichachsigen Verbindungslinie
der Achse der Nockenwelle 2 mit dem Mittelpunkt der Kugelverbindung 18 angeordnet.
Die bewegliche Gleitführung 106, die mit den beiden Wellenzapfen 120, 120' in den
Lagern 121, 121' gelagert ist, ist daher um die Achse 130
schwenkbar.
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An den gegenüberliegenden Seiten der durch eine Hülse gebildeten Gleitführung
106 sind konzentrisch zur Achse 130 Vorsprünge 119, 119' angebracht, von denen der
eine Vorsprung 119' etwas länger ist. Außerdem ist an der Gleitführung 106 ein Ansatz
126 angebracht, an dem mittels der Schrauben 125, 125' zwei Blattfedern
124, 124' mit ihrem einen Ende befestigt sind (vgl. F i g. 10 und 11). Ferner
weist die Nockenwelle 2 einen exzentrischen Kurbelzapfen 123 auf, dessen Durchmesser
kleiner ist als der Abstand der Blattfedern 124, 124', der aber diese je nach seiner
Lage im Verlauf einer Umdrehung der Nockenwelle 2 aus ihrer Normalstellung zurückdrängen
kann. Die beiden Blattfedern 124, 124' sind durch an der Nockenwelle vorgesehene
Anschlagschultern 122, 122' gehindert, seitlich auszuweichen.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist derart, daß bei sehr großer
Drehzahl (F i g. 12 bis 15) der Kurbelzapfen 123 infolge der Trägheit der Vorrichtung
je nach seiner Lage die Blattfeder 124 oder die Blattfeder 124' ausbiegt, wobei
die Gleitführung 106 mit dem Hebel 9 in der dargestellten horizontalen Lage verbleibt.
Hierdurch wird der Stößelstange die für große Drehzahlen vorgesehene Bewegung mit
Vorverlegen des öffnens und Späterlegen des Schließens der Ventile übermittelt.
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Wenn im Gegensatz hierzu, wie in den F i g. 16 bis 19 dargestellt
ist, eine niedrige Drehzahl vorliegt, so bewirkt die verhältnismäßig große Steifheit
der Blattfedern 124, 124', daß sich die bewegliche Gleitführung 106 unter dem Einfluß
des Kurbelzapfens 123 neigen kann. Hierdurch wird die Erhebungskurve in dem gewünschten
Sinne geändert, indem der Schließ-und der Öffnungszeitpunkt der Ventile wieder in
die Nähe des oberen und unteren Totpunktes der Kolbenbewegung des Motors gebracht
werden.