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Patentbeschreibung "Selbsttätiger Ventilspielausgleich durch elektrisch
beheizten Dehnungskörper" Die Erfindung betrifft den selbsttätigen Spielausgleich
von Nockensteuerungen,insbesondere für die Ventilbetätigung in Kolbenmotoren.
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Beim Betrieb von Kolbenmotoren ändert sich das Ventilspiel durch
unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Steuerungsteile.Vergrößerungen des Ventilspiels
verursachen starken Zuwachs der Steuerungsgeschräusche,erhöhen die Stoßbelastung
sowie den Verschleiß der Ventile und verschlechtern das Steuerdiagramm.
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Zweck der Erfindung ist eine Vorrichtung zum selbsttätigen Ausgleich
des Ventilspiels,die bei jedem Betriebszustand des Motors das Ventilspiel auszugleichen
vermag,darüber hinaus ein günstiges dynamisches Verhalten durch Steifigkeit in der
Xraftübertragung bei geringer zusätzlicher Masse aufweist.
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Es ist bekannt,daß zum selbsttätigen Spielausgleich von Ventilen
hydraulische bzw.hydrostatische Stößel angewendet werden,insbesondereim ameriltanischen
Automobilbau.Ihre Bauteile erfordern jedoch hohe Fertigungsgenauigkeit und versagen
bei Störungen des Ölkreislaufs,z.B. durch Lufteinschlüsse,Schmutateilchn, Zähigkeitsschwankungen
oder u hohe Leckverluste.Hydraulische StUßel müssen durch Auslese-Paarung eingepaßt
werden und in ihrer Hülse zwar leicht beweglich sein,aber auch bei hohen Stößelkräften
nur eine bestimmte Leckölmenge hindurchlassen,um sich den laufend verändernden Wärmedehnungen
anzupassen. Da große Stößelkräfte bei hoher Drehzahl bswrgroßaa Ventilhub die Olverlußte
zu stark erhöhen,werden hydraulische Stößel vorwiegend bei lngsamlaufenden Motoren
geringen Ventilhubs eingesetzt.Hesonders nachteilig verhalten sich hydraulische
Stößel
bei Schwingungen im Nockentrieb.Die Ölkolben werden zu weit herausgedrückt und verhindern
das vollständige Schließen der Ventile,wodurch Überhitzungen und gegf.Schläge der
Ventile aud den Kolben eintreten.
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Eine weitere Möglichkeit zum selbsttätigen Spillausgleich ist die
Aufhängung des Kipphebelbocks an einem Gestänge neben den Stoßstangen,welches am
Zylinderfuß befestigt ist.
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Obwohl sich hierdurch eine Übertragung der Wärmeausdehnung des Zylinders
auf den Kipphebelbock vermeiden läßt'rechtfertigt die aufwendige Bauweise eine verbreitete
Anwendung dieses Verfahrens nicht.
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Die Möglichkeit,durch Anpassung der Wärmeausdehnungszahlen unterschiedliche
Wärme ausdehnungen der Steuerungsteile auszugleichen'bleibt nur auf solche anwenidungsfälle
beschränkt, bei denen geringe Wärmeausdehnungen auftreten und ähnliche Temperatur-Ze
t Verläufe der Steuerungsteile vorliegen.
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Ventilverggrößerungen treten besonders an den häufig eingesetzten
luftgekühlten Motoren mit Leichtmetallzylindern auf,da sich diese durch hohe Temperaturen
und Wärmeausdehnungszahlen besonders stark ausdehnen.Darüber hinaus wirken sich
Spielvergroßerungen durch das hohe Schallabstrahlungsvermögen luftg.kühlter Zylinder
besonders ungünstig auf des Geräuschpegel des Motors aus.Stoßgeräusche der Ventile
gelten durch ihre hohe Frequenziage als besonders lästig.
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Zweck der erfindung ist eine Vorrichtung zus selbsttätigen Spielauegleich
von Ventilen,die auch bei hohen Motordrehzahlen und Ventilhüben ein günstiges dynamisches
Verhalten aufweist,jedoch einen geringe Fertigungsaufwand erfordert.
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Die aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich im Nockentrieb
ein elektrisch beheizter Dehnstoffkörper
befindet,dessen Heizstrom
durch eine mechanischen oder trägheitslosen elektronischen Schalter derart geregelt
wird, daß der Heizstrom beim Auftreten eines Spiels durch einen von der Nockenkraft
betätigten elektrischen Schalter ein oder ausgeschaltet wird und den Dehnungskbrper
so viel War zuführt,bis seine wärmeausdehnung Spieländerungen verllständig ausgeglichen
hat.Durch Abkühlung des Dehnungskörpers bei ausgeschaltetem Heizstrom lassen sich
sowohl zunehmende als auch abnehnende Wärmeausdehnungen der Steuerungsteil ausgleichen.
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Als Dehnungsstoffe eignen sich sowohl Flüssigkeiten, z.B.teaperaturbeständige
Öle,als auch Kunstharze,die keine Abdichtung des Druckrauis erfordern.Flüssigkeiten
und Kunstharze besitzen sowohl hohe Wärmeausdehnungszahlen als auch geringe Wärmeleitfähigkeiten,wodurch
geringe Heizleistungen.
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erforderlich sind.Der elektrische Spielausgleich kann sowohl im Stößel
als auch in der Schwinghebellagerung eingebaut werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben: Der Schwinghebel (1) eines Motors mit obenliegender
Nockenwelle (2) ist in einer Kugelpfanne auf Stift (3) und den Ventilschaft (4)
gelagert.Stift (3) ist verschiebbar in Hülse (5) und bring bei geschlossenem Ventil
durch Feder (6) den Schwinghebel (1) zul kraftschlüssigen Anliegen an Nockenwelle
(2) und Ventilschaft (4).Bei geöffnetem Ventil überträgt Stift (3) die Auflagerkraft
von Schwinghebel (1) über Kontaktstifte (7) und (8) auf den Dehnungskörper (9).
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D.r von Hülse (5) elektrisch isolierte Kontaktstift (7) ist bei Berührung
seiner oberen Kontaktfläche mit Stift (3) elektrisch in Masseschluß mit dem Motorgehäuse
(10).Beim Auftreten eines Spiels wird Stift (3) durch Feder (6) ven Kontaktstift
(7) abgehoben,wodurch der Nasseschluß des Kontaktstiftes (7) unterbrochen wird und
ein von Kontsktstift (7) angesteuerter Schalttransistor den Heizstrom über Kontaktstift
(8) durch Heizwendel (11) des Dehnungskörpers (9) fließen läßt.Dehnungskörper (9)
besteht aus einem temperaturbeständigen Kunstharz,z.B.Silikonharz,das durch seine
ir vergleich zu Metallen habe Wärmeausdehnungszahl Spieländerungen durch geringe
Temperaturänderungen auszugleichen vermag.
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Heizwendel (11) heizt den Dehnungskörper (9) so weit auf, bis er dadurch
seine Ausdehnung eine Spielvergrößerung vollständig ausgeglichen hat und Kontaktstift
(7) bei geschlossenem Ventil wider durch Berührung mit Stift (3) auf Masse geschlossen
wird.Bei ausgeschaltetem Heizstrom kühlt sich Dehnungskörpor (9) durch Wärmeabfuhr
an das Motorgehäuse (10) langsam ab und schrumpft bis zum erneuten Einsetzen des
Heizstroms.
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Die iit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind hauptsächlich folgende;
Gutes dynamisches Verhalten des elektrischen Spielausgleichs durch geringe Masse
und hohe Steifigkeit der Ausgleichselemenge.
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Stoßfreier Öffnen und Schließen der Ventile im gesamten Drehzahl-und
Temperaturbereich des Motora.
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Verminderung des Steuerungsgeräusche.
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Höhere Lebensdauer der Ventile und der Steuerungsteile durch verminderte
Stoßbelastung.
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HÖhere Öffnungsgeschwindigkeiten und niedrigere Aufsetzgeschwindigkeiten
der Ventile, somit größere Zeitquerschnitte des Steuerdiagramas und höherer Liefergrad
des Motors möglich.
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Genaues Einhalten aer Steuerzeiten in allen Betriebszuständen des
Motors ermöglicht bessere Abgaszusammensetzung, besonders ii leerlauf.
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Einfachere Gestaltung der Nockenforn durch Fortfall des Vornockens
möglich.
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Geringer Fertigungsaufwand des elektrischen in Vergleich zum hydraulischen
Spielausgleich durch Fortfall der eng tolerierten hydraulischen Bauteile.
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Schrifttum: 1. Müller,R Der Einfluß des Neckenhubes auf die Geräuschentwicklung.
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MTZ-25,1964,H.10,S.412-414 2. N.N. Hydraulischer Ventilspielausgleich
MZT-20,1959,H.8,S.321 3. Bensinger,W.D. Die Steuerung des Gaswechsels im schnellaufenden
Verbrennungsmetern Springer-Verlag,1955 4. Waring-Brown,R Hydraulic operation of
valves, Automob.Enrg.49,1959,Nr.1,8.15-17