-
Ventilfederanordnung an einer Kolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung
betrifft eine Ventilfederanordnung an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit mindestens
einer auf den Ventilschaft wirkenden Ventilfeder mit geringer Eigendämpfung, welche
in Serie mit mindestens einer Tellerfeder angeordnet ist, welche über die gesamte
Steuerperiode die von der Ventilfeder ausgeübte Kraft überträgt und die - gegebenenfalls
zusammen mit einer weiteren Tellerfeder - mindestens einen mit der Umgebung durch
Öffnungen geringen Querschnitts verbundenen Innenraum von beim Einfedern veränderlicher
Größe umschließt, der auch bei voller Ventilöffnung erhalten bleibt.
-
Ventilfederschwingungen, die bekanntlich zum raschen Bruch von Ventilfedern
führen, hat man bisher durch eine Überdimensionierung der Ventilfeder und Verlegung
ihrer Resonanzfrequenz zu verhindern versucht, was allerdings nicht in allen Fällen
ausreicht, da weiter die Gefahr der Beschädigung der Federn durch harmonische Frequenzen
usw. besteht. Es sind auch verschiedene Ventilschwingungsdämpfer bekanntgeworden,
welche jedoch alle schwerwiegende Nachteile aufweisen.
-
Schwingungsdämpfer mit mechanischer Reibung sind mit Abnutzung verbunden,
wobei meistens mit der Abnutzung gleichzeitig auch die dämpfende Wirkung abnimmt.
Gummiteile, welche oft zum Dämpfen der Schwingungen von Ventilfedern verwendet werden,
leiden an Alterung durch die Einwirkung von Öl und Wärme.
-
Es ist bereits für einen anderen Zweck eine Serienanordnung mehrerer
Tellerfedern mit einer Schraubenfeder vorgeschlagen worden. Bei dieser Anordnung
tritt eine gewisse mechanische Dämpfung der Ventilfeder ein, welche jedoch in vielen
Fällen nicht ausreicht. Die beim Durchfedern der Tellerfedern bezüglich ihres Volumens
veränderlichen Zwischenräume zwischen den einzelnen Tellerfedern haben zudem ein
Einsaugen und Auspressen von Luft zur Folge, wodurch eine zusätzliche pneumatische
Dämpfung erfolgt. Wegen der Kompressibilität der Luft ist deren Wirkung jedoch minimal.
-
Es sind auch Ventilfederanordnungen mit einer einzigen Tellerfeder,
die mit einer Schraubenfeder in Serie angeordnet ist, bekannt, wodurch die Drehung
des Ventils unterstützt werden soll. Die Tellerfeder ist für diesen Zweck so dimensioniert,
daß sie bei angehobenem Ventil flach gegen die Unterlage gedrückt wird. Gleichzeitig
wird durch Zufuhr von Öl dafür gesorgt, daß sich zwischen der Tellerfeder und der
Unterlage ein Ölfilm bilden kann, auf welchem die Tellerfeder in flach angedrückter
Stellung schwimmt. Bei dieser Ausführung findet eine gewisse hydraulische Dämpfungswirkung
statt. Diese Dämpfung wird jedoch in dem Augenblick, wo sie am meisten benötigt
wird, nämlich bei voll geöffnetem Ventil, unwirksam, da die flachgedrückte Tellerfeder
in diesem Zustand nicht als Dämpfer wirken kann.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Schwingungsdämpfer für Ventilfedern zu beseitigen und eine Anordnung zur Dämpfung
der Schwingungen von Ventilfedern zu schaffen, welche auch in den schwierigsten
Fällen ausreicht. Das wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß der Innenraum zum
Zwecke der hydraulischen Schwingungsdämpfung Öl enthält.
-
Die Erfindung wird an Hand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt einer erfindungsgemäßen
Anordnung in zwei Stellungen, F i g. 2 einen Schnitt einer abgeänderten Ausführung
der Anordnung, ebenfalls in zwei Stellungen. In F i g. 1 ist in einem Motorkopf
1 eine Ventilführung 2 angeordnet, in welcher der Schaft 3 eines Ventils geführt
ist. Der Ventilschaft 3 ist mit einem Federteller 4 versehen, der mittels bekannter
Einlagen 5 auf dem Ventilschaft befestigt ist. Gegen den Federteller 4 stützen
sich die Enden zweier Ventilfedern 6 und 7, welche zusammen einen Ventilfedersatz
bilden und deren andere Enden auf einem Teil 8
aufliegen, welcher auf der
Ventilführung 2 verschiebbar ist. Der Teil 8 stützt sich gegen Tellerfedern 9, die
auf einem im Motorkopf 1 geführten, sich gegen
die Ventilführung
2 stützenden Teil 10 aufliegen. Die Teile 8 und 10 sind mit Dichtungen
11 und 12 versehen. Der Teil 8 weist Öffnungen 13 und 14 auf,
die mit Kanälen 15 und 16 in der Ventilführung 2 zusammenwirken. Der Kanal
15 führt zu einer im Teil 2 ausgeführten öl-Sammelrinne
17 und ist so angeordnet, daß eine Verbindung zwischen ihm und der Öffnung
13 im Teil 8 besteht, wenn der Ventilschaft 3 sich in der der geschlossenen
Lage des Ventils entsprechenden Stellung befindet (linke Hälfte der F i g. 1). Der
Kanal 16 tritt in" Verbindung mit der Öffnung 14 bei geöffnetem Ventil (rechte
Hälfte der F i g. 1). Der Motorkopf 1 ist noch mit Kanälen 18
und die
Ventilführung 2 mit Kanälen 19 versehen, welche in der eingezeichneten Pfeilrichtung
von Druckluft durchströmt sind.
-
Die linke Hälfte der F i g. 1 entspricht der Stellung der Ventilfeder
bei geschlossenem Ventil, die rechte Hälfte der F i g. 1 der Stellung bei geöffnetem
Ventil. Es ist aus der F i g. 1 ersichtlich, daß sich dabei die mit den Federn
6 und 7 in Serie angeordneten Tellerfedern ebenfalls an der Abfederung des
Ventils beteiligen und mit den Federn 6, 7 zusammenwirken. Da jedoch
die Tellerfedern 9 eine gewisse Eigendämpfung aufweisen, wird dadurch ein Aufschwingen
der Ventilfedern erschwert. Diese dämpfende Wirkung der Tellerfeder kann noch bedeutend
dadurch verstärkt werden, daß die Tellerfedern so geformt sind, daß diese eine nichtlineare
Charakteristik haben. Auf diese Weise wird die Charakteristik der gesamten Anordnung
ebenfalls nichtlinear. Die Anordnung hat dann keine feste Resonanzfrequenz, sondern
diese ändert sich während der Ventilbewegung. Darüber hinaus wird die veränderliche
Größe des von den Tellerfedern umschlossenen Innenraumes zur Schwingungsdämpfung
herangezogen.
-
In der linken Hälfte der F i g. 1 ist der von den Tellerfedern umschlossene
Innenraum größer, und da gleichzeitig die Öffnung 13 im Teil 8 mit dem Kanal
15 in der Ventilführung 2 in Verbindung steht, wird in den Innenraum
der Tellerfedern durch den Kanal 15 Öl eingesaugt. Bei einer folgenden Zusammendrückung
der Ventilfeder (rechte Hälfte der F i g. 1) wird der von der Tellerfeder umschlossene
Innenraum verkleinert, und das in diesem enthaltene Öl wird durch die Öffnung 14
und den Kanal 16 hinausgedrückt und der Gleitfläche der Ventilführung 2 zugeführt.
Auf diese Weise wird neben einer besonders wirkungsvollen Schwingungsdämpfung noch
der Innenraum der Tellerfeder zur Förderung von Schmieröl für die Ventilführung
ausgenützt. Gleichzeitig wird durch das durchströmende Öl die Tellerfeder
gekühlt und die in dieser durch Reibung entstandene Wärme abgeführt. Die durch die
Kanäle 18 und 19 strömende Luft verhindert ein Eindringen von Öl in
den unteren Teil der Ventilführung und dadurch die Gefahr der Entstehung von Ölkoks
in diesem Teil. Das von der Luft mitgerissene Öl wird, wie es in der Zeichnung dargestellt
ist, wieder in den Ventilraum zurückgeführt.
-
In der F i g. 2 ist eine abgeänderte Ausführung der erfindungsgemäßen
Ventilanordnung dargestellt. Bei dieser sind die Ventilführung 2 und der
Ventilschaft 3
aus Material hergestellt, welches keiner Schmierung bedarf.
Das Eindringen von Öl zu den Gleitflächen wird dabei durch Dichtungen
20 verhindert. Das durch den Innenraum der Tellerfeder geförderte Öl wird
bei diesem Ausführungsbeispiel nicht zu der Ventilführung gefördert, sondern durch
entsprechend dimensionierte Kanäle 21, 22 wieder in den Ventilraum zurückgeführt.
Durch entsprechende Bemessung der Kanäle 21, 22 ist es möglich, die Dämpfungswirkung
der Tellerfeder nach dem Prinzip der bekannten Schwingungsdämpfer in weitem Umfang
zu ändern.
-
Es versteht sich, daß, obwohl in den beiden dargestellten Ausführungsbeispielen
Schraubenfedern vorgesehen sind, im Sinne des Erfindungsgedankens die Tellerfeder
zusammen mit anderen Ausführungen von Ventilfedern, die keine oder nur eine geringe
Eigendämpfung aufweisen, verwendet werden kann. Es ist auch nicht unbedingt notwendig,
daß bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Ausnutzung hydraulischer Dämpfung
ein dem Teil 8 entsprechender, eine Schieberwirkung ausübender Teil vorhanden ist.
Unter Umständen genügt ein unvollkommener, einen kleinen Zu- und Abfluß erlaubender
Abschluß des Innenraumes der Tellerfeder zusammen mit einer Maßnahme, «-elche gewährleistet,
daß in den Innenraum Öl gesaugt wird. Oder es kann auch die Steuerung von Zu- und
Abfluß des Öles durch Ventile oder Klappen erfolgen.
-
Nach der F i g. 1 wird das durch die Tellerfeder gepumpte Öl zur Schmierung
des Ventilschaftes verwendet. Es versteht sich, daß diese Pumpwirkung der Tellerfeder
bzw. das durch diese geförderte Öl auch für andere Zwecke verwendet werden kann.