DE2056150A1

DE2056150A1 - Ventilantrieb bei Verbrennungsma schinen

Info

Publication number: DE2056150A1
Application number: DE19702056150
Authority: DE
Inventors: CharlesSpencer Near Learning ton Dawtrey Lewis Henry Coventry Warwickshire King (Großbritannien)
Original assignee: The Standard Triumph Motor Co Ltd , Coventry, Warwick (Großbritannien)
Priority date: 1969-11-20
Filing date: 1970-11-14
Publication date: 1971-05-27
Also published as: BE759158A; GB1331226A; FR2069687A5

Description

DlPL-INS, DR. IUR, DIP! ING.

VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 Osnabrück, den 13. November 1970

MDSERSTRASSE 2O/24 VB/Fi

STANDARD-TRIUMPH MOTOR COMPANY LIMITED

Can1ey, Coventry, Warwickshire, England

Ventilantrieb bei Verbrennungsmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilantrieb bei Verbrennungsmaschinen und betrifft insbesondere Ventilsteuerungsanordnungen unter Verwendung einer einzigen obenliegenden Nockenwelle.

Es ist bekannt, eine einzige obenliegende Nockenwelle zu verwenden, die sämtliche Ventile durch Ventilhebel oder diese sämtlich direkt betätigt. Diese bekannten Anordnungen haben den Nachteil einer hohen Trägheit und der Begrenzung in der Ventilanordnung.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Schaffung einer obenliegenden Nockenwelle, die eine verhältnismäßig niedrige Trägheit aufweist und Konstruktionsfreiheit ge-

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stattet, soweit es sich um die Anordung und Steuerung der Ventile handelt. Sie bietet den Vorzug einer gegebenenfalls gewünschten direkten Nockenbetätigung der Einlaßventile bei Ventilhebelbetätigung der weniger anspruchsvollen Auslaßventile.

Erfindungsgemäß weist eine Kolbenverbrennungsmaschine Tellerventile auf, die durch eine einzige obenliegende Nockenwelle betätigt werden, wobei ein Teil der Ventile unmittelbar durch Nocken an der Nockenwelle oder von diesen über Stößel bzw. Mitnehmer und ein anderer Teil von Nocken an der Nockenwelle über Ventilhebel betätigt wird.

Nach einem Merkmal der Erfindung betätigt ein erster Nockensatz an der alleinigen Nockenwelle die Einlaßventile und ein zweiter Noekensatz an der alleinigen Nockenwelle die Auslaßventile der Maschine.

Nach einem zweiten bevorzugten Merkmal der Erfindung betätigen dieselben Nocken sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßventile.

ΤΤΠΓ8Τ27Τ21ΠΓ

SJNAU

! Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung j sind nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrie-

ben, es zeigen:

■ Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer

Mehrzylinder-Verbrennungsmaschine unter Darstel-

J lung des Ventilantriebs;

Fig. 2 eine Draufsicht auf. den Ventilantrieb nach Fig. Fig. 3 ein charakteristisches Steuerdiagramm für eine

Viertakt-Verbrennungsmaschine; Fig. 4 ein Diagramm über das Ventilöffnen in Bezug auf

Kurbelwellenrotation und Fig. 5 eine diagrammartige Darstellung einer Methode zum

Erreichen der in Fig. 3 und 4 veranschaulichten

Ventilsteuerung.

Eine Verbrennungsmaschine weist einen Zylinderkopf 1 auf, der an einem (nicht dargestellten) Zylinder durch mit Muttern 21 auf Zapfen 22 befestigt ist. Der Zylinderkopf 1 ist mit.Kühlmitteldurchlässen 2 versehen und jeder Zylinder hat eine Einlaßöffnung 3 und eine Auslaßöffnung k sowie Einlaß- bzw. Auslaß-Tellerventile 5 bzw. 6. Die Teller der Ventile 5 und 6 liegen an entsprechenden Ventilsitzeinsätzen 9 und 10 an, die in entsprechende Gegenbohrungen in dem Zylinderkopf 1 eingeschrumpft sind. Das Einlaßventil 5 hat einen größeren Durchmesser als das Auslaßventil 6 und ist in seiner geschlossenen Stellung durch eine Spiral-Druckfeder 11 vorgespannt, die sich an einer an dem Zylinderkopf 1 anliegende Haltescheibe 12 und an einem selbst-

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j zentrierenden Venturing 13 abstützt, der durch zwei gespaltene Klemmringe 14, von denen nur einer dargestellt ist, an dem Kopf des Ventilschaftes befestigt ist. Ein becherförmiges Nockenfolgeglied 15 liegt in einer Bohrung 16 in dem Zylinderkopf und wird durch einen mit der Nockenwelle 18 aus einem Stück bestehenden Nocken 17 betätigt, wobei das Betriebsspiel durch eine Zwischenscheibe 19 reguliert wird.

Sämtliche Einlaß-Tellerventile der Maschine sind so angeordnet, daß sie mit ihren Achsen in einer gemeinsamen Ebene liegen, in der auch die Rotationsachse der Nockenwelle 18 liegt, die an von den Zapfen 22 getragenen und von den Muttern 21 niedergehaltenen Lagerböcken 20 abgestützt wird.

Der Nocken 17 betätigt das Einlaßventil 5 durch das Nockenfolgeglied 15 und das Auslaßventil 6 durch einen Ventilhebel 23, der schwenkbar auf einer feststehenden Achse 2k gelagert ist, die durch von den Zapfen 22 gehaltene und durch die Muttern 21 befestigte Lagerböcke 25 abgestützt ist.

Das vom Betätigungsnocken 17 entfernt liegende Ende eines jeden Ventilhebels 23 weist eine Ventilbetätigungsfläche 26 auf, die an einer Auslaßventil-Betätigungsscheibe 27 anliegt, welche lose an dem Ende des Ventilschaftes des Auslaßventils 6 angeordnet ist. Eine Spiraldruckfeder 28 stützt sich über einen Kragen bzw. Haltescheibe 29 am Zylinderkopf 1 und an einem Ventilring 30 ab, der durch zwei gespaltene Klemmringe 31, von denen nur einer dargestellt ist, an dem Schaft des Auslaßventils 6 befestigt ist.

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Obgleich die vorgeschriebene Ventilmechanik zur Betätigung einer Ventilanordnung Verwendung finden kann, bei der einzelne schräge Einlaß- und Auslaßventile für «Jeden Zylinder vorgesehen sind, ist sie besonders anpassungsfähig und geeignet zur Verwendung bei einer Vier-Ventilanordnung, wie in Fig. 2 dargestellt, die ein zweites becherförmiges Nockenfolgeglied 15a zum Betätigen des zweiten Einlaßventils aufweist, während das zweite Auslaßventil von einem zweiten Ventilhebel 23a betätigt wird. Stattdessen kann der Ventilhebel 23 aber auch zum Betätigen beider Auslaßventile benutzt werden.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine einzige Nockenwelle obengesteuerte Ventile betätigt, ohne sich einen hohen Trägheit sgrad zuzuziehen, und die Winkel der Einlaß- und Auslaßventile 5 und 6 so eingestellt werden können, daß sie durch einfaches Abwandeln des Ventilhebels 23 innerhalb eines großen Bereiches von Konstruktionsbedingungen geeignet sind.

Die Ventilsteuerung wird durch die entsprechenden Berührungsstellungen des Nockenfolgegliedes 15 und des Ventilhebels 23 mit der Fläche des Universalnockens 17 bestimmt.

Auf Wunsch können die Ventilhebel 23 durch einen kugeligen Schwenklagerkopf abgestützt sein, der in bekannter Weise an einem Zapfen angebracht ist, anstatt von der feststehenden Achse 24 und dem Lagerbock 25 gehalten zu werden. Das kugelartige Schwenklager kann in bekannter Weise eine Schraubverstellung zum Regulieren des Spiels der Ventile aufweisen* Nach Wahl kann, wenn

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der Ventilhebel 23 schwenkbar an der feststehenden Welle 24 gej lagert ist, die Ventilsteuerungsfläche 26 durch eine herkömmliche Schraubverstellung bestimmt werden.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Universalnockensystem ist vollständig von der Winkeleinstellung der Nockenanlagefläche des Ventilhebels 23 abhängig und eine Methode zur konstruktiven Durchführung bzw. Festlegung der Einstellung ist in den Fig. 3> 4 und 5 dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt ein typisches Steuerdiagramm für eine Maschine mit einer Vetilsteuerungsmechanik der hier in Rede stehenden Art, A stellt den oberen Totpunkt des Kolbens und B den unteren Totpunkt dar. Das Einlaßventil beginnt sich bei C zu öffnen und ist bei D geschlossen. Das Auslaßventil beginnt sich bei E zu öffnen und ist bei F geschlossen. Typische Werte für die Winkel, gemessen in Graden der Kurbelwellenrotation, sind:

COA AOF EOB BOD

25' 15^C

75 65°

Die horizontale Linie in Fig. ¹J stellt die Zeit oder Kurbelwellenrotation dar, wobei in diesem Fall G, I und K der obere Totpunkt und H und J der untere Totpunkt sind. G II stellt den Saughub, H I den Kompressionshub, i J den Ausdehnungshub und J K den Auslaßhub dar. Die Einlaß- und Auslaßventilöffnungen sind durch die

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- ν-

Kurven L bzw» M dargestellt.

Die Fig. 5 zeigt den Zustand an den oberen TotpunktStellungen G und K in Fig. 4. Die Linie XS stellt die Achse des becherförmigen Nockenfolgegliedes 15 dar, XR ist die Mittellinie des Nockens 17, XP eine durch die Nockenwellenachse und den Krümmungs Mittelpunkt der Fläche des Ventilhebels 2.3, auf die der Nocken 17 wirkt, laufende Linie, XN eine Linie durch den Punkt an dem Nocken 17, an dem dieser aufhört, die Ventile zu öffnen, und XT eine Linie durch den Punkt an dem Nocken 17, an der dieser die Ventile zu öffnen beginnt. Gemessen in Graden der Nockenwellenrotation:

N X P SXT NXT PXS

7 1/2*

12 135 115

Wie oben erwähnt, ist die entsprechende Zeit-Steuerung der Einlaß- und Auslaßventile abhängig von der Winkeleinstellung der Nockenanlagefläche des Ventilhebels 23; ist diese jedoch einmal erfolgt, so können die Zeiten durch übereinstimmende Abänderung beider Enden der Ventilöffnungsperioden weitgehend verändert werden.

In einem anderen Beispiel, wo COA = AOF =25° (Kurbelwelle) = θ und EOB = BOD = 65° (Kurbelwelle) = ^ , ist der Winkel PXS =

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■ - 8 -

18Ο_

+ 25 + 65-25-25 = l8O + 65 - 25 = 110° ,„ , _Ί, _Ν

^ > _> ^ (Nockenwelle)

; Somit können die Steuerungen wie folgt sein

10 - 10 - 50 - 50

15 - 15 - 55 - 55

20 - 20 - 60 - 60

25 - 25 - 65 - 65

30 - 30 - 70 - 70

35 - 35 - 75 - 75 usw.

Wenn es z. B. erwünscht wäre, die Steuerung 58 - 58 - 82 oder eine andere, weniger ausgedehnte Steuerung 35 - 35 - 59 -59 zu verwenden, dann würde ein veränderter Ventilhebelwinkel benötigt werden, der von 70° auf 78° abgeändert ist.

Die Formel für diesen Winkel Jt ist

180 + 0_T - Q-o Grad (Nockenwelle)

1 &

Durch Einstellen des Winkels v^kann die Einlaßsteuerung so vorgenommen werden, daß sie symmetrisch oder verschieden zu der Auslaßsteuerung ist. Die Nockenanlagefläche des Ventilhebels ist als Krümmung ausgebildet, deren Radiusmittelpunkt derart angeordnet ist, daß sich eine im wesentlichen symmetrische Hubkurve für das Auslaßventil 6 ergibt. Dies kann durch Verwendung einer regulierten Krümmung erreicht werden.

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_ Q-

Ein Vorteil bei der Verwendung einer derartigen Ventilsteuerungsmechanik ist in Fig. 1 dargestellt, wo er bei einer Maschine Anwendung findet, die um H5° zu der Vertikalen geneigte Zylinder aufweist. Die Linie U hat den gleichen horizontalen Abstand von der Kurbelwellenachse wie die Linie V vertikalen Abstand von dieser hat. Der Bogen 32 stellt einen typischen Außenumfang eines Kettenantriebsrades für die Nockenwelle 18 dar und die ι Bogenlinie 33 veranschaulicht die Außenfläche einer geeigneten

Abdeckung des Kettenrades. Es ist ersichtlich, daß, wenn das Auslaßventil 6 durch eine weitere Nockenwelle in der gleichen Weise wie das Einlaßventil 5 betätigt wurde, die Maschine um ein dem Abstand zwischen den Linien V und W entsprechendes Stück breiter sein würde. Wenn die Maschine 90° V-Form aufweist, ist die Breiteneinsparung gleich 2 χ VW.

Die Nockenwelle 18 besteht vorzugsweise aus gehärtetem Stahl oder Hartguß und die Steuerungsfläche des Ventilhebels 23 weist eine abnutzungsbeständige Schicht auf (z. B. entsprechend der eigenen britischen Patentanmeldung Nr. 7865/68).

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Ventilantrieb ohne weiteres zur Anwendung bei einer Zwei- oder Vier-Ventilanordnung für jeden Zylinder abgewandelt werden kann. In beiden Fällen bleibt der Nockenwellenantrieb der gleiche.

Anstatt daß derselbe Nocken 17 sowohl Einlaß- als auch Auslaß-Ventile betätigt, kann die Nockenwelle 18 zwei Satz Nocken tragen von denen der erste Satz, oder Einlaßnocken, die Einlaßventile

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- ίο -

direkt durch die Ventilstößel-Mitnehmer bzw. Mockenfolgeglieder 15, und der zweite Satz, oder Auslaßnocken, die Auslaßventile durch Ventilhebel 23 betätigen können. Der Grundkreisradius eines jeden Einlaßnockens würde größer als der maximale Radius des Auslaßnockens an seiner Spitze sein, so daß der Auslaßnocken das Einlaßventil nicht betätigen kann. Stattdessen kann sich der Auslaßnocken auch über den Grundkreis des Einlaßnockens hinaus erstrecken, wobei dann die Nockenfolgeglieder 15 in einer gegen ! Verdrehung gesicherten Stellung angeordnet und abgestuft sind, um dem Auslaßnocken freies Arbeitsspiel zu gewähren.

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Claims

- li -

Patentansprüche:

Kolbenverbrennungsmaschine mit durch eine einzige oben-15ep:ende Nockenwelle gesteuerten Tellerventilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Ventile (5) unmittelbar durch Nocken (17) an der Nockenwelle (18) oder durch die Nocken über Stößel bzw. Mitnehmer (15) und daß ein anderer Teil der Ventile (6) durch Nocken (17) an der Nockenwelle (18) über Ventilhebel (23) gesteuert wird.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Satz Nocken an der einzigen Nockenwelle (18) die Einlaßventile (5) der Maschine und der zweite Satz Nocken an der alleinigen Nockenwelle die Auslaßventile (6) der Maschine steuert
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß dieselben Nocken (17) sowohl die Einlaßventile (5) als auch die Auslaßventile (6) steuern.
4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie vier Ventile pro Zylinder aufweist, wobei die beiden Einlaßventile (5) durch Nocken über Stößel bzw. Mitnehmer (15) und die Auslaßventile (6) durch Nocken über Ventilhebel (23) gesteuert werden.
5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch _t gekennzeichnet, daß sie V-Form aufweist.

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i - 12 —

j
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis A, dadurch gej kennzeichnet, daß sie in-Reihe liegende Zylinder aufweist, die

. zur Vertikalen geneigt sind.

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