DE221677C

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Publication number: DE221677C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVt 221677 KLASSE 465. GRUPPE

Exzenter-Ventilsteuerung. Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Juli 1908 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf solche Exzenter-Ventilsteuerungen, bei denen die Steuerrolle der an einem Lenker aufgehängten Exzenterstange nur beim öffnen und Schließen des zu steuernden Ventiles mit einem die Öffnungs- und Schließkurve enthaltenden Nocken des Steuerhebels kraftschlüssig zusammen arbeitet.

Die Erfindung bezweckt, eine derartige Exzenter-Ventilsteuerung so auszugestalten, daß das von ihr zu steuernde Ventil für Vorwärtsgang, Rückwärtsgang oder überhaupt nicht gesteuert wird.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. ι einen achsialen Schnitt durch den oberen Teil einer im Viertakte arbeitenden Verbrennungskraftmaschine, bei der die den Gegen-

ao stand der Erfindung bildende Steuerung zur Regelung der Bewegung des Brennstoffventiles dient,

Fig. 2 die zu Fig. 1 gehörige Oberansicht, zum Teil im Schnitt nach 2-2 der Fig. 1, und Fig. 3 einen Teil der Fig. 1 bei anderer Stellung einzelner Teile.

A bezeichnet den Arbeitszylinder der Verbrennungskraftmaschine und B den zugehörigen Kolben. An dem Deckel a¹ des Arbeitszylinders A sind drei Ventile C, D (Fig. 2) und E angeordnet, die eine Verbindung der zugehörigen Rohrleitungen mit dem Innern des Arbeitszylinders herzustellen vermögen. Die Ventile C und D stehen durch Rohrleitungen C¹ und D¹ (Fig. 2) mit der Außenluft in Verbindung. Das Ventil E ist als Brennstoffeinspritzventil ausgebildet und ist dementsprechend an eine Brennstoffleitung E¹ (Fig. 1) und eine Druckluftleitung E² angeschlossen. Eine Schraubenfeder F sucht das Ventil E in der Schließlage festzuhalten.

Zur Steuerung des Ventiles E dient ein doppelarmiger Hebel, dessen einer Arm G in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise mit der Spindel des Ventiles E verbunden ist, und dessen anderer Arm G¹ einen Nocken g² trägt. Der Hebel G, G¹ ist um eine Exzenterscheibe H schwingbar, die mittels eines fest mit ihr verbundenen Zapfens h¹ an zwei seitlichen Ansätzen e³ des Ventilgehäuses e drehbar gelagert ist. An dem einen Ende des Zapfens h¹ ist ein Schraubenrad Ä² (Fig. 2) befestigt. Dieses steht mit einem Schraubenrade i^x in Eingriff, das an dem einen Ende einer am Zylinderdeckel a¹ und Ventilgehäuse e gelagerten Welle / sitzt und mittels eines am anderen Ende der Welle / befestigten Handrades i² in Umdrehung versetzt werden kann.

Der Nocken g² des Steuerhebels G, G¹ ist dazu bestimmt, mit einer an dem einen Ende einer Stange K befestigten Rolle k¹ zusammen zu arbeiten' Das andere Ende der Stange K, die in der Nähe der Rolle k¹ mit einem an den seitlichen Ansätzen e³ des Ventilgehäuses e gelagerten Lenker M drehbar verbunden ist, ist an einem Kurbelzapfen n¹ der gekröpft ausgeführten Steuerwelle N der Verbrennungskraftmaschine befestigt. Bei einer Drehung der Steuerwelle, bei der der Kurbelmittelpunkt den strichpunktiert gezeichneten Kurbelkreis w² (Fig. 1) durchläuft, muß daher die Stange K eine schwingende Bewegung ausführen. Der

für das Zusammenarbeiten mit dem Nocken g² in Betracht kommende untere Teil der Rolle k¹ bewegt sich hierbei längs der strichpunktiert gezeichneten, sichelförmigen Kurve k². Die Steuerwelle JV ist mit der (nicht dargestellten) Arbeitswelle der Verbrennungskraftmaschine derartig zwangläufig verbunden, daß sie halb so viele Umdrehungen macht wie diese, und zwar bei Vorwärtsgang der Maschine im Sinne

ίο des Pfeiles χ (Fig. i). Der in Fig. ι dargestellten oberen Totlage des Arbeitskolbens B entsprechen daher zwei um 180° voneinander entfernte, durch die Punkte fi und fi¹ bezeichnete Lagen des Kurbelmittelpunktes. Der Darstellung der Fig. 1 ist diejenige Stellung des Kurbelmittelpunktes zugrunde gelegt, bei der er mit dem oberen, fi, dieser beiden Punkte zusammenfällt. Der untere Teil der Rolle k¹ befindet sich bei dieser Stellung des Kurbelmittelpunktes etwa in der Mitte des inneren Bogens der sichelförmigen Kurve k² und bewegt sich an dieser Stelle, wenn die Steuerwelle JV im Sinne des Pfeiles χ umläuft, in Richtung des Pfeiles ζ (Fig. 1). Wenn die Exzenterscheibe H, um die der Steuerhebel G, G¹ schwingen kann, sich in der in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung befindet, so liegt die Schwingachse des Steuerhebels G, G¹ der Steuerwelle JV am nächsten. Bei dieser Lage der Schwingachse des Steuerhebels G, G¹ ragt der Nocken g² bei geschlossenem Ventile in die Bahn der Rolle k¹ hinein und liegt an dieser, wenn sie die oben beschriebene Lage einnimmt, an. Hierbei berührt der Nocken, wie Fig. 1 zeigt, die Rolle auf derjenigen Seite, die bei ihrer Bewegung im Sinne des Pfeiles z, d. h. bei Vorwärtsgang der Maschine, die vordere ist. Die Schwingachse des Steuerhebels G, G¹ kann nun durch Drehung der Exzenterscheibe H im Sinne des Pfeiles y (Fig. 1) derartig verlegt werden, daß der Nocken g², nachdem er zunächst — bei einer Drehung der Exzenterscheibe um etwa 90 ° — aus der Bahn der Rolle k¹ vollständig herausgetreten ist, nach einer Drehung der Exzenterscheibe H um etwa 180 °, wie Fig. 3 zeigt, wiederum in die Bahn der Rolle k¹ hineinragt und an dieser, wenn sie die gleiche Stellung wie in Fig. 1 einnimmt, anliegt. In diesem Falle berührt der Nocken g² die Rolle k¹, jedoch auf der entgegengesetzten Seite wie bei der Stellung nach Fig. 1. Da sich die Rolle k¹ bei Rückwärtsgang der Maschine an der beschriebenen Stelle im entgegengesetzten Sinne des Pfeiles z, d. h. in Richtung des Pfeiles z¹ (Fig. 3), bewegen muß, so berührt der Nocken g² in diesem Falle die Rolle k¹ auf derjenigen Seite, die bei Rückwärtsgang der Maschine die vordere ist. Das Zusammenwirken zwischen Nocken g² und Steuerrolle k¹ findet bei auf Vorwärtsgang eingestelltem Steuerhebel G, G¹ (Fig. 1) statt, während der Kurbelmittelpunkt den Bogen fi, q durchläuft und bei für Rückwärtsgang eingestelltem Steuerhebel G, G¹ (Fig. 3), während der Kurbelmittelpunkt den Bogen fi, q¹ durchläuft. Der Nocken g² liegt in jeder Lage unterhalb des äußeren Bogens der sichelförmigen Kurve k², so daß das Ventil E während eines Umlaufes der Steuerwelle, d. h. während einer vier Kolbenhube umfassenden Arbeitsperiode, immer nur einmal geöffnet werden kann.

Die (auf der Zeichnung nicht dargestellte) Steuerung der Ventile C und D ist derartig eingerichtet, daß bei Vorwärtsgang der Maschine das Ventil C als Luftansaugeventil und das Ventil D als Auspuff ventil wirkt, während bei Rückwärtsgang umgekehrt das Ventil D als Luftansaugeventil und das Ventil C als Auspuffventil wirkt. Zu diesem Zwecke ist die Anordnung derartig getroffen, daß, während der Kurbelmittelpunkt den einen Zentriwinkel von 90 ° umspannenden Bogen fi¹, r des Kurbelkreises durchläuft, das Ventil C und, während der Kurbelmittelpunkt den einen Zentriwinkel von gleichfalls 90 ° umspannenden Bogen fi¹, r¹ durchläuft, das Ventil D durch die Steuerung offengehalten wird. Eine nähere Erläuterung dieser Steuerungsanordnung ist nicht erforderlich, da sie nicht den Gegenstand der Erfindung bildet.

Soll die Maschine vorwärts umlaufen, so wird die Schwingachse des Steuerhebels G, G¹ durch Drehen des Handrades i² derartig eingestellt, daß der Nocken g² bei geschlossenem Brennstoffventile E die in Fig. 1 dargestellte Lage einnimmt. Nachdem die Maschine mittels der Anlaßvorrichtung in der beabsichtigten Drehrichtung in Betrieb gesetzt ist, läuft die Steuerwelle JV im Sinne des Pfeiles χ um. Bei der Beschreibung der Arbeitsweise soll von demjenigen Zeitpunkte ausgegangen werden, in dem der Kurbelmittelpunkt mit dem Punkte fi¹ des Kurbelkreises n² zusammenfällt. Der Arbeitskolben B befindet sich in diesem Augenblicke in seiner in Fig. 1 dargestellten oberen Totlage, und sämtliche Ventile sind geschlossen. Bei Beginn des ersten abwärts gerichteten Kolbenhubes, währenddessen der Kurbelmittelpunkt den Bogen fi¹, r des Kurbelkreises n² durchläuft, öffnet sich das Ventil C, und es wird durch die Rohrleitung C¹ Luft angesaugt. Am Ende dieses Hubes schließt sich das Ventil wieder, und es wird daher während des zweiten aufwärts gerichteten Kolbenhubes, währenddessen der Kurbelmittelpunkt den Bogen /, fi durchläuft, die angesaugte Luft verdichtet. Am Ende des zweiten Hubes befindet sich der Arbeitskolben B wieder in seiner in Fig. 1 dargestellten oberen Totlage, der Kurbelmittelpunkt fällt jetzt mit dem Punkte fi zusammen, und die Steuerrolle k¹ nimmt die aus Fig. 1 ersichtliche Lage ein. Gleich bei Beginn des

nächsten Kolbenhubes wird durch das Zusammenwirken der sich im Sinne des Pfeiles ζ bewegenden Rolle k^l mit dem Nocken g². das Ventil E geöffnet, und es erfolgt, während, der Kurbelmittelpunkt den Bogen p, q durchläuft, die Zuführung des Brennstoffes, der. sich beim Eintritte in den Arbeitszylinder sofort selbsttätig entzündet und alsdann verbrennt. Wenn der Kurbelmittelpunkt im Punkte q angelangt

ίο ist, hat sich das Ventil E unter der Wirkung der Feder F wieder geschlossen, und es erfolgt nun während des Restes des dritten Kolbenhubes, also während der Kurbelmittelpunkt den Bogen q, r¹ durchläuft, Expansion der Verbrennungsgase. Während des vierten, aufwärts gerichteten Kolbenhubes ist, da der Kurbelmittelpunkt jetzt den Bogen r¹, p¹ durchläuft, das.Ventil D geöffnet, und die Verbrennungsgase werden daher durch die Rohrleitung D¹ ausgestoßen.

Am Ende dieses Auspuffhubes ist der Kurbelmittelpunkt wieder im Punkte p¹ angelangt, und das Spiel beginnt von neuem. Aus dem Vorstehenden ergibt sich also, daß, nachdem die Maschine im Sinne des Vorwärtsganges in Betrieb gesetzt ist, die Ventile C, D und E in der Weise zusammen wirken, daß der Vorwärtsgang aufrechterhalten wird.

Soll die Maschine rückwärts umlaufen, so wird die Schwingachse des Steuerhebels G, G¹ durch Drehen des Handrades i^% derartig verlegt, daß der Nocken g² bei geschlossenem Ventile E die in Fdg. 3 dargestellte Lage einnimmt. Darauf wird die Maschine mittels der Anlaßvorrichtung in der beabsichtigten Drehrichtung in Betrieb gesetzt. Bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Maschine soll wieder von demjenigen Zeitpunkte ausgegangen werden, in dem der Kurbelmittelpunkt mit dem Punkte p¹ des Kurbelkreises«² zusammenfällt. Der Arbeitskolben B befindet sich in diesem Augenblicke in seiner in Fig. 1 dargestellten oberen Totlage. Da die Steuerwelle sich jetzt im umgekehrten Sinne des Pfeiles χ dreht, durchläuft der Kurbelmittelpunkt während des ersten Kolbenhubes den Bogen p¹, r¹ ; es ist daher während dieses Kolbenhubes das Ventil D geöffnet, und es' wird durch die Rohrleitung D¹ Luft angesaugt. Während des nun folgenden zweiten Kolbenhubes, also während der Kurbelmittelpunkt den Bogen r¹, p durchläuft, sind sämtliche Ventile geschlossen, und die angesaugte Luft wird daher verdichtet. Am Ende dieses Hubes ist der Kolben B wieder in seiner oberen Totlage angelangt; der Kurbelmittelpunkt fällt mit dem Punkte p zusammen, und die Rolle k¹ befindet sich in der aus Fig. 1 und 3 ersichtlichen Lage. Erst jetzt ist die Rolle A¹ infolge der Verlegung der Schwingachse des Steuerhebels G_y G¹ zur Berührung mit dem Nocken g² gelangt (Fig. 3). Gleich bei Beginn des dritten Kolbenhubes wird nun das Ventil E durch Zusammenwirken der sich jetzt im Sinne des Pfeiles z¹ bewegenden Rolle k¹ mit dem Nocken g² geöffnet, und es erfolgt, während der Kurbelmittelpunkt den Bogen p, q¹ durchläuft, die Zuführung des Brennstoffes und die Zündung. Wenn der Kurbelmittelpunkt im Punkte q¹ angelangt ist, hat sich das Ventil E unter der Wirkung der Feder F wieder geschlossen, und es tritt während des Restes des dritten Kolbenhubes Expansion der Verbrennungsgase ein. Während des vierten, aufwärts gerichteten Kolbenhubes ist, da der Kurbelmittelpunkt jetzt den Bogen r, p¹ durchläuft, das Ventil C geöffnet, und die Verbrennungsgase werden daher durch die Rohrleitung C¹ ausgestoßen. Hierauf beginnt das Spiel von neuem. Die Ventile C, D und E wirken also auch bei Rückwärtsgang der Maschine in richtiger Weise zusammen.

Soll das Ventil E z. B. beim Anlassen der Maschine mittels Druckluft nicht gesteuert werden, so dreht man die Exzenterscheibe H mittels des Handrades i² um etwa 90°, bis der Mittelpunkt der Exzenterscheibe senkrecht unter dem Drehzapfen h¹ liegt. Hierdurch wird der Steuerhebel G, G¹ in eine solche Lage gebracht, daß, wie bereits oben erwähnt, sich der Nocken g² vollständig außerhalb der sichelförmigen Bahn der Steuerrolle k¹ befindet und somit von letzterer nicht beeinflußt wird.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß Ventilsteuerungen bekannt sind, bei denen ein zwei Steuerrollen tragender Steuerhebel unmittelbar durch eine auf der Steuerwelle sitzende Nockenscheibe gesteuert wird und mittels Exzentereinstellung derart gegen die Nockenscheibe verschoben werden kann, daß je nach der Einstellung des Steuerhebels für Vorwärtsgang, Rückwärtsgang oder Ruhestellung die eine oder die andere Rolle des Steuerhebels in der Bahn des Steuernockens liegt oder beide außerhalb derselben zu liegen kommen.

Bei dieser bekannten Steuerung muß aber entweder die Steuerwelle, was im Interesse guter Zugänglichkeit der Ventile nicht erwünscht ist, in unmittelbarer Nähe des Steuerhebels gelagert sein, oder es muß der eine Arm des Steuerhebels sehr lang gehalten werden, was namentlich für' Schnellauf ende Maschinen der Bedingung widerspricht, daß die Massen der zu beschleunigenden Ventilteile im Interesse eines ruhigen Ganges der Maschine möglichst klein zu halten sind. In der Anwendung auf eine doppelt wirkende Maschine erfordert die bekannte Steuerung ferner unbedingt zwei Steuerwellen, von denen die Anbringung der auf der Kolbenstangenseite liegenden Steuerwelle sich außerordentlich schwierig gestalten würde.

Der bekannten Steuerung gegenüber gestattet die beschriebene eine beliebige, den jeweiligen

Raumverhältnissen angepaßte Lagerung der Steuerwelle und macht auch für doppelt wirkende Maschinen nur eine einzige Welle erforderlich. Sie ermöglicht ferner die Anwendung eines sehr kleinen Steuerhebels von sehr einfacher Gestalt.

Claims

Pate nt-Anspruch:

ίο Exzenter - Ventilsteuerung, bei der die

an einem Lenker aufgehängte Exzenterstange an ihrem freien Ende eine Steuerrolle trägt, welche nur während der Zeit des öffnens und Schließens des zu steuernden Ventiles mit einem die öffriungs- und Schließkurve enthaltenden Nocken des Steuerhebels kraftschlüssig zusammen arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerhebel entsprechend dem Vorwärts- und Rückwärtsbetriebe und der Ruhestellung des zu steuernden Ventiles derart in drei Stellungen zur Bahn der Steuerrolle eingestellt werden kann, daß die Steuerrolle beim Vorwärts- und Rückwärtsbetriebe des Ventiles auf den Nocken des Steuerhebels von entgegengesetzten Seiten her aufläuft und ihn bei der Ruhestellung des Ventiles überhaupt nicht trifft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.