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Ventildrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Ventildrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen die das Ventil über
einen mit dem Ventilschaft verbundenen Freilauf oder Überholkupplung während der
Hubbewegung mittels eines an der antreibenden Kupplungsseite befestigten Mitnehmer
dreht.
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Bei Bre.inkraftmaschinen hoher spezifischer Leistung ergeben sich
besonders am Auslaßventil hohe Temperaturen, die selbst bei Verwendung hochwarmfester
Werkstoffe, dessen Funktion und Lebensdauer herabsetzen. Durch die besonderen Strömungsverhältnisse
beim Ladungswechsel wird das Auslaßventil je nach Brennraumform und Zylindergröße
ungleichmäßig erhitzt, so daß ungleichmäßige Verformungen auftreten, deren Folgen
Durchblasen und weitere örtliche Uberhitzungen sind. Sehr heiße Ventile neigen außerdem
dazu, daß das Schmieröl am Schaft verkokt und zum Fressen der Gleitflächen führt.
Außerdem lagern sich auf dem Ventilteller und damit auf dem Vetjtilsitz Verbrennungsrückstände
ab, die zu Undichtigkeiten führen, womit wiederum Uberhitzungen mit ihren weiteren
Folgen eintreten. Die Ablagerung von VerbrennungsrUckständen auf dem Ventil tritt
besonders beim Betrieb mit.Schwerölen auf, so daß hier durch Drehen des Ventils
während des Betriebes eine Schleifwirkung auf der Sitzfläche angestrebt wird
und
zugleich eine bessers Wärmeverteilung im Ventilkörper erreicht wird.
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Es ist eine Ventildrehvorrichtung bekannt (DPS 1 301 335), bei der
das Auslaßventil während des Ventilhubes durch einen Mitnehmer der über einen Freilauf
oder Sperrtrieb der mit dem Ventil verbunden ist gedreht wird. Der Mitnehmer gleitet
dabei in einer ortsfesten Schräg- oder Kurvenführung, die in einer Ebene parallel
zur Ventilachse angeordnet ist. Nachteilig ist hierbei, daß die Elemente des Sperrtriebes
mit zunehmender Maschinendrehzahl durch die Schalthäufigkeit stark abnutzen und
storungsanfallig werden, so daß nur eine beschränkte Lebendauer erreicht wird. Die
Verwendung eines Freilaufes läßt zwar eine Drehzahlsteigerung zu, jedoch werden
auch hiermit keine Betriebszeiten erreicht, die der Lebensdauer des Ventils entsprechen.
Nachteilig ist auch des Bauvolumen und die Masse eines Freilaufes herkommlicher
Art bei dem der Freilauf in ein Gehäuse eingebaut ist, mit dem der Mitnehmer fest
verbunden ist. Hierdurch werden die hin- und hergehenden Massen des Ventiltriebes
und damit die Beschleunigungskrafte unerwünscht hoch. Darüber hinaus ist der Schlupfweg
eines Freilaufes bis zur Mitnahme des anzutreibenden Kupplungsteiles gemessen an
den kleinen Drehwinklen, die durch die Schrägführung erzeugt werden, groß, so daß
sich mit zunehmendem Verschleiß und dem nicht
immer exakten Einkuppelvorgang
immer kleinere Nutzwege ergeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventildrehvorrichtung
so zu gestalten, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Dieses wird bei
einer Ventildrehvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß die Uberholkupplung aus einem Innenring und einem antreibenden Außenring besteht,
zwischen denen ein im Außenring drehbar gelagertes Klemmstück vorgesehen ist, welches
zugleich mit dem Mitnehmer der Kupplung, einen zweiarmigen Hebel bildet, der in
einer Drehrichtung an einem Anschlag des Außenringes anliegt und diesen mitnimmt.
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Dieses hat gegenüber einem herkömmlichen Freilauf mit vielen Klemmstücken
zwischen einem Außen- und Innenring, die zum Einkuppeln gegeneinander verdreht werden
müssen, womit deren Massen zu bewegen sind, den Vorteil, daß das in seiner Masse
vernachlässigbar kleine Mitnehmerklemmstück zum Einkuppeln nur um einen kleinen
Winkel geschwenkt werden muß. Dieser Schwenkwinkel des Mitnehmer-Klemmstückes wird
begrenzt durch den Anschlag am Außenring und die Kupplungsfläche im Innenring. Hierdurch
kann durch eine geeignete Gestaltung des Klemmetückes und der Lage der Anschlagsfläche
der Schwenkwinkel in sehr engen Grenzen gehalten erden, womit sich beim Wechsel
der Drehrichtung sehr kleine Schlupf- bzw. Totwege ergeben.
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Um den Schlupfweg der Kupplung bei Drehrichtungsumkehr vom Ende der
Leerlaufdrehbewegung,
bei der nur der ausgekuppelte Außenring gedreht wird, bis zur Mitnahme des angetriebenen
Innenringes möglichst klein zu halten, wird vorgeschlagen, daß das Mitnehmer-Klemmstück
durch eine Feder mit geringer kraft an die Kupplungsfläche des Innenringes gedrückt
wird. Hierdurch wird mit Ende der Leerlaufdrehbewegung, die durch Mitnahme über
den Anschlag erfolgt, der Außenring von der Peder noch um einen kleinen Betrag weiter
gedreht, wodurch ein Anlagewechsel des Klemmstückes vom Anschlag am Außenring zur
Kupplungsfläche des Innenringes erfolgt.
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Der Anlagewechsel durch Federkraft vermeidet ein schlagartiges Einrücken
der Kupplung bei Drehrichtungswechsel und ermöglicht eine sofortige Mitnahme der
angetriebenen Kupplungsseite, wobei sich lediglich ein sehr kleiner vom Drehmoment
abhängiger-Schlupfweg zum Festklemmen ergibt. Dieser Schlupfweg ist abhängig von
der Klemmwirkung des Klemmstückes und kann durch die Formgestaltung der Klemmfläche
auf die Bewegungsverhältnisse abgestimmt werden.
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Damit dem Ventil während der Hubbewegung eine von dieser abgeleiteten
Drehbewegung erteilt wird, ist gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung das itnehmer-Klemmstuck
in einer ortsfesten Schräg- oder Kurvenführung geführt, die in einer Ebene parallel
zur Ventilachse oder einem Zylinder ui die Ventilachse angeordnet ist. Durch diese
besondere Gestaltung der Führung kann die Drehbewegung
stoßfrei
ausgeführt werden, so daß der Klemmvorgang und das Auskuppeln des Mitnehmer-Klemmstückes
ohne starke Beschleunigung erfolgt.
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In gleicher Weise kann die Drehbewegung des Ventils dadurch erzeugt
werden, daß das Mitnehmer-Klemmstück an der Koppel eines Gelenkgetriebes angelenkt
oder geführt ist, das in einer Ebene parallel zur Ventilachse angeordnet ist. Auch
hierbei ergibt sich eine stoßfreie Drehbewegung, die dan Antriebsmechanismus nur
gering beansprucht. Besonders vorteilhaft ist dabei, das alle Bauteile wegen der
geringen Beanspruchung sehr leicht ausgeführt werden können, womit sich nur kleine
bewegte Nassen ergeben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Die Abb. 1 zeigt ein Ventil mit Ventildrehvorrichtung in Ansicht.
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Die Abb. 2 zeigt das in Abb. 1 gezeigte Ventil mit Ventildrehvorrichtung
in der Draufsicht.
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Die Abb. 3 zeigt die in Abb. 1 im Schnitt dargestellte Schrägführung
in Ansicht.
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In Abb. 1 ist ein Ventil 1 in einem Gaswechselkanal 2 in geschloßsenem
Zustand
dargestellt. Eine Ventilfeder 3, die zwischen den Federstellern 4, 5 eingespannt
ist, stützt sich über das Wälzlager 6 auf dem Zylinderkopf 7, der nicht näher dargestellt
ist ab. Der Federteller 4 ist in üblicher Weise mit dem Schaft 8 des Ventils 1 verbunden.
Zugleich ist um einen Innenring 9, des Federtellers 4 ein Außenring 10 mit einem
seitlichen Lager 11 drehbar gelagert. Im seitlichen Lager 11 des Kupplungsringes
10, das parallel zu dessen Lagerbohrung 12 angeordnet ist, ist auf einem Bolzen
13 das Mitnehmer-Klemmstück 14, 15 drehbar gelagert. Mittels einer Zugfeder 16 wird
das Mitnehmer-Klemmstück 14, 15 mit geringer Kraft gegen die Kupplungsfläche des
Innenringes 9 gedrückt. Das Mitnehmer-Klemmstück 14, 15 wird mit seinem äußeren
Hebelarm 14 in einer Schrägführung 17 geführt, so daß sich der als Klemmstück 15
wirkende innere Hebelarm entgegen der Kraft der Feder 16 beim Öffnen des Ventils
1 durch die Wirkung der Schrägführung 17, von den Innenring 9 soweit abhebt, bis
er am Anschlag 18, des Außenringes 10 anliegt. Hierbei wird der Außenring 10 über
das am Anschlag 18 anliegende Klemmstück 15 gegenüber dem Ventil 1 mit Federteller
4 und Innenring 9 gedreht. Mit dem Ende dieser, durch die Schrägführung 17 erzeugten
Drehbewegung, jedoch vor Beginn der Drehrichtungsumkehr, wird der Außenring 10 durch
die Feder 16 noch um einen kleinen Winkel weiter gedreht, wodurch das Klemmstück
15 an der Kupplungsfläche des Innenringes 9 zur Anlage kommt. Damit wird ein schlagartiges
Einrücken der Kupplung bei der Drehrichtungsumkehr
vermieden.
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Beim Schließvorgang des Ventils 1 wird der durch die Schrägführung
17 beim Öffnungshub gedrehte Außenring 10 in die Ausgangsstellung zurückgedreht,
wobei das Ventil 1 von dem Mitnehmer-Klemmetück 14, 15 ebenfalls gedreht wird. Diese
dem Ventil 1 erteilte Drehbewegung setzt sich infolge der flassenträgbeit der bewegten
Teile nach Hubende noch fort, so daß das Ventil 1 drehend auf den Ventilsitz 19
aufsetzt und durch die Reibung auf der Sitzfläche gebremst wird. Die dadurch erzielte
Schleifwirkung hält den Ventilsitz 19 frei von Verbrennungsrückständen und deren
Ablagerungen. Ebenso wird durch die Drehung eine gleichmäßige Wärmeverteilung im
Ventil erreicht, so daß keine Formänderungen durch ungleiche Erwärmung lit nachfolgendem
Durchblasen eintritt.