DE2646535B2

DE2646535B2 - Ventildrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2646535B2
Application number: DE2646535A
Authority: DE
Inventors: Ruprecht Dipl.-Ing. Maurer; Karlheinz Dr.-Ing. Timtner
Original assignee: RINGSPANN ALBRECHT MAURER KG 6380 BAD HOMBURG
Current assignee: RINGSPANN ALBRECHT MAURER KG 6380 BAD HOMBURG
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1976-10-15
Publication date: 1978-12-14
Also published as: FR2367910A1; GB1541778A; US4134372A; DE2646535C3; PL201546A1; AT379659B; ES462505A1; NO773504L; NO145850B; NO145850C; CH626687A5; IT1090168B; JPS5855323B2; ATA549077A; PL105377B1; DD131946A5; FR2367910B1; JPS5349613A; DE2646535A1

Description

Es wird eine Drehvorrichtung für die Ventile von Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, die die Ventile während der Schließbewegung verdreht. Dadurch werden Ablagerungen auf den Sitzflächen des Ventils aus Verbrennungsrückständen beseitigt und die Ventile einem ständigen Einschleifvorgang unterzogen, so daß sie auch nach langen Betriebszeiten gute Dichtheit aufweisen.

Um aus der Hubbewegung des Ventils ein Drehmoment abzuleiten, wird ein Lenkhebel verwendet dessen eines Ende ortsfest am Motorgehäuse angelenkt ist und dessen anderes Ende über eine Freilaufkupplung auf den Ventilschaft einwirkt. Durch die zum Ventilteller hin versetzte Position des gehäusefesten Anlenkpunktes des Lenkhebels erzeugt dieser während der Schließbewegung des Ventils eine progressiv zunehmende Verdrehung, die allmählich einsetzt und im Schließzeitpunkt ihr Maximum hat.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Ventildrehvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Eine solche Drehvorrichtung ist durch die US-PS 14 67 674 bekannt geworden. Das Ventil erfährt dabei eine Drehung während der Schließbewegung. Allerdings kommt es zu einem Verlauf des Drehwinkels über dem Hub, der von der Beanspruchung der ausgesprochen ungünstig ist. Die Ventildrehung setzt nämlich abrupt ein und wird dann langsamer. Die schlagartige Drehbeschleunigung des Ventils zu Beginn des Schließhubes führt zu einem Drehmomentstoß, der die Sperrklinke und die mit ihr in Eingriff stehende Zahnscheibe hoch beansprucht. Hinzu kommt, daß bei Sperrklinken im Gegensatz zu Freiläufen systembedingt stets ein gewisses Spiel vorliegt, wodurch der Verschleiß in Folge der Stoßbelastung der Klinke noch zunimmt. Die Lebensdauer solcher Ventildrehvorrichtungen ist daher deutlich geringer als die durch die Drehbewegung erreichte Lebensdauer des Ventils selbst.

Ferner ist durch die US-PS 15 69 887 eine Vorrichtung bekannt, bei der sich zwei benachbarte Ventile gegenseitig während der Hubbewegung verdrehen. Hierfür ist jedoch Voraussetzung, daß jeweils das eine Ventil in Ruhe bleibt, während das Nachbarventil den Hub ausführt. Diese Voraussetzung ist nicht bei allen Motortypen erfüllt, denn mitunter überschneiden sich die Öffnungszeiten des Einlaß- und den Auslaßventils desselben Zylinders und sofern der Antrieb vom Ventil des Nachbarzylinders abgeleitet wird, ist man hinsichtlich der Zündfolge der benachbarten Zylinder festgelegt. Vor allem weist diese bekannte Drehvorrichtung aber auch den zuvor beschriebenen abrupten Beginn der Drehbewegung des Ventils auf, während im weiteren Verlauf des Schließhubes die Ventildrehzahl abnimmt.

Außerdem ist durch die DE-PS 13 01333 eine Drehvorrichtung bekannt geworden, bei der der Antrieb der mit dem Ventilschaf· verbundenen Freilaufkupplung durch ein Führungsstück erfolgt, das in einer schräg zur Hubrichtung geneigten ortsfesten Kulisse gleitet. Entsprechend dem Neigungswinkel der Kulisse erzeugt der Ventilhub eine mehr oder weniger große Verdrehung. Auch hier setzt die Drehbewegung des Ventils abrupt ein, was zu erhöhtem Verschleiß und verkürzter Lebensdauer des Freilaufes führt. Darüberhinaus ist die Herstellung solcher Kulissensteuerungen relativ kostspielig.

Durch die DE-OS 20 54 349 ist zwar eine Drehvorrichtung bekannt geworden, die eine beschleunigte Drehbewegung erzeugt. Sie benötigt aber ein Gelenkgetriebe mit relativ hohem Teile- und Montageaufwand.

Daneben ist es durch das DE-GM 70 00 012 und durch die DE-OS 20 54 351 bekannt, das Ventil mittels eines äußeren Antriebes im geschlossenen Zustand zu verdrehen. Bei diesem System treten zwar keine hohen Drehmomentstöße auf wie bei den zuvor beschriebenen Konstruktionen. Dafür muß jedoch ein Fremdantrieb verwendet werden, denn das zum Drehen des Ventils erforderliche Drehmoment ist bei geschlossenem Ventil, wenn die Reibung des Ventilkegels in seinem Sitz überwunden werden muß, viel größer, als wenn die Drehbewegung während des Ventilhubes eingeleitet wird. Solche fremdgesteuerten Ventildrehvorrichtungen sind deshalb sehr kostspielig.

Beschreibung der Erfindung

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache, kostengünstige und leicht anbaubare Ventildrehvorrichtung zu schaffen, die sich durch stoßfreies Erzielen hoher Drehgeschwindigkeiten des Ventils während des Schließhubes auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einer Drehvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches mit ddi im Kennzeichen aufgeführten Merkmalen gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Lenkhebels wird aus der Hubbewegung des Ventils in besonders einfacher Weise eine Drehbewegung abgeleitet, wobei man mit geringstem Teile- und Montageaufwand auskommt. Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß der Lenkhebel eine beschleunigte Drehbewegung des Venrils erzeugt, derart, daß der Beginn der Drehbewegung allmählich erfolgt, so daß die Freilaufkupplung durch keine gefährlich hohen Anfahrstöße belastet wird und daß unmittelbar vor dem Aufsitzen des Ventils in seinem Sitz die höchste Drehgeschwindigkeit vorliegt und demzufolge auch ein Maximum an iiotationsenergie zum Einschleifen der Sitzflächen zur Verfügung steht. Desweiteren bietet sich die vorteilhafte Möglichkeit, den ortsfesten Anlenkpunkt des Lenkhebels an einer Zylinderkopfschraube vorzusehen. Dadurch verbilligt sich der Einbau und es ist auch ein nachträglicher Einbau ohne Änderungen am Zylinderkopf möglich.

Hinsichtlich der Anordnung des Freilaufcs bieten sich verschiedene Möglichkeiten. Er kann beispielsweise in an sich bekannter Weise koaxial am Ende des Ventilschaftes sitzen und mit diesem direkt in drehfester Verbindung stehen. Bei Verwendung einer Ventilglocke kann der Freilauf auch auf diese einwirken oder zwischen ihr und dem Ventilschaft untergebracht werden.

Die Gelenke des Lenkhebels sind zweckmäßigerweise als Kugelgelenke ausgebildet. Denn das die Hubbewrgung mitmachende Ende des Lenkhebels führt eine wendelförmigc Bewegung aus. Der Lenkhebei selbst besteht vorteilhafterweise aus zwei koaxial miteinander verschraubbaren Gewindestücken mit angeformten Gelenkpfannen. Diese Teile sind als Fertigteile beziehbar und können leicht auf die passende Länge eingestellt und sodann durch Kontermuttern fixiert werden.

Beschreibung eines Ausführungsbeispides

Weitere Einzeihriten und den Gegenstand der Erfindung weiter ausbildende Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand einer Zeichnung; dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung;

F i g. 2 eine Draufsicht auf den montierten Lenkhebel und

Fig. 3 den Verlauf des Verdrehwinkels über dem Ventilhub.

Mit I ist ein Ausschnitt aus dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bezeichnet, der einen Ventilsitzring 2 und ein Ventilgehäuse 3 enthält. In der Ventilführung 3a des Ventilgehäuses 3 ist der Schaft 4a eines Ventils 4 gleitend geführt. Der Ventilteller 4b liegt in der zeichnerisch dargestellten Geschlossenstellung mit seiner Sitzfläche *cam Sitzring 2 dicht an.

Am freien Ende des Ventilschaftes 4a greift über

einen Federteller 5 eine Ventilfeder 6 an, die sich über einen zweiten Federteller 7 und ein Wälzlager 8 am Ventilsehäuse 3 abstützt. Hierdurch wird das Ventil in der üblichen Weise in die Geschlossenstellung gedrückt.

Die Offnungsbewegung erfolgt durch einen Kipphebel 9, der über ein Kugelgelenk 10 auf den Ventilschaft 4a einwirkt.

Ferner ist mit dem freien Ende des Ventilschaftes 4h

lu der Innenring 11 einer koaxial zum Ventilschaft angeordneten Freilaufkupplung verbunden. Er weist an seiner Oberseite einen vorspringenden Bund Ha auf, mit dem er die Klemmkörper 12 und den Außenring 13 an deren Oberseite übergreift. An der Unterseite wird

Ii der Außenring 13 durch den oberen Federteller 5, der mit dem Innenring 11 verbunden ist, in Axialrichtung geführt. Seine Höhe ist so bemessen, daß er sich spielfrei relativ zum Innenring 11 und zu dem oberen Federteller 5 verdrehen läßt, vorausgesetzt, daß der Freilauf in dieser Drehrichtung nicht sperrt. Die Sperrichtung des Freilaüfes ist durch den eingezeichneten Pfeil angegeben. Wird der Außenring in P'' ^richtung verdreht, so nimmt er über die Klemmkörper '2 den innenring ii und damit das Ventil 4 sowie die Federteller 5 und 7 mit der Ventilfederö mit.

Durch eine Befestigungsschraube 19 ist ein Kugelgeler'i 20 eines Lenkhebeis 14 verschwenkbar am Freilaufaußenring 13 befestigt. Das andere Ende des Lenkhebels 14 ist über ein weiteres Kugelgelenk 15 am

jo Motorgehäuse festgelegt, vorzugsweise über eine Lasche 16 an einer nicht dargestellten Zylinderkopfschraube.

Die Befestigung des Gelenkes 15 an der Lasche 16 erfolgt mittels einer das Gelenk durchquerenden

α Schraube 17.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Lenkhebel 14 aus zwei ineinander verschraubbaren Gewindestücken zusammengesetzt, so daß seine Länge nach Lösen einer Kontermutter 18 feinreguliert werden kann.

Der Fixpunkt für das Gelenk 15 des Lei.khebels 14 liegt nahe einer Tangentialebene durch den Anlenkpunkt 19 des Außenringes 13, ist jedoch diesem gegenüber ein Stück in Richtung zum Ventilteller 4b versetzt, so daß der Lenkhebei 14 in der Geschlossen-

i") stellung des Ventils vorzugsweise einen Winkel von etwa 20° bis 60° mit der Qucebene durch den Ventilschaft bildet.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Drehvorrichtung ist folgende;

")O Beim Öffnungshub des Ventils wird der Lenkhebel 14 entsprechend der Hublänge nach unten geschwenkt. Dabei kommt ^s zu einer Verdrehung des Freilaufaußenringes 13 entgegen der eingetragenen Pfeilrirhtung. Diese Drehbewegung w^;rd also nicht auf das Ventil

5" übertragen. Ist die maximale Offenstellung erreicht, so verläuft der Lenkhebel 14 nahezu rechtwinklig zum Ventilschaft 4a.

Während der nun folgenden Schließbewegung wird der Lenkhebel wieder nach oben verschwenkt. Dabei

■Ι wird der Frcilaufaußenring 13 ein Stück in Pfeilrichtung gedreht, so daß sich diese Drehbewegung auf das Ventil und auch auf die Ventilfeder 6 mit ihren beiden Ventiltellern 5 und 7 überträgt.

Die Drehbewegung selbst nimmt während des

■ Schließvorganges ständig zu. da der Lenkhebel 14 mil zunehmender Neigung gegenüber der Horizontalen eine immer größere Drehbewegung aus dem Ventilhub ableitet.

Der Verlauf des Drehwinkels λ über dem Ventilhub wählend der Schließbewegung ist in P i g. 3 für zwei verschiedene Positionen des ortsfesten Gelenkes 1.5 dargestellt.

Bei der Kurve I wurde eine Position des Gelenkes 15 zugrunde gelegt, bei der es sich in derselben Höhe befindet wie das Gelenk 20, wenn das Ventil ganz geöffnet ist. Eine höhere Anordnung des Gelenkes 15 wiirc technisch sinnlos, da es dann zu einer Rückwärtsdrehung des Frcilaufaußenringes 13 käme und man Hublänge verschenken würde.

ßei der erstgenannten Positionierving des Gelenkes 15 führt die Schließbewegung des Ventils zu einer absolut ruckfreien Drehbeschleunigung, denn der Anfangsdrehwinkel je mm Hub ist null. Dementspre chend mündet die Kurve I tangential zur Abszisse in den Ursprung.

Der Kurvenverlauf Il basiert auf einer etwas tieferen Positionierung des Gelenkes 15. Dies bedeutet, daß der Λ n(annstlrr>hw\n\in\ ip mm Mllh drndpr al«; null ist lind dementsprechend auch seine Rotationsenergie am Ende der Schließbewegung größer als im ersten Fall ist.

Die Krümmung der Kurven I und Il und die Größe von ix kann durch Verändern der I.enkhebel-Länge und des Abstandes des Gelenkes 20 von der Ventilschaft-Mittellinie variiert werden.

Zum Vergleich ist der Drehwinkelverlauf für eine Kulissensteuerung gemäß der DE-P.S 13 01 333 oder DE-OS 20 54 350 eingetragen. Der gestrichelte Linienzug III zeigt die bei gerader Kulissenbahn direkte Proportionalität zwischen Hub und Drchwinkel. Man muß dabei eine relativ hohe Anfangsbescnleunigung in Kauf nehmen,ohne eine besonders hohe P. ehgeschwin digkcit am Ende des Venlilhubes zu erzielen.

Zusammenfassend besteht der Vorteil der Erfindung darin, daß die Verdreheinrichtung sehr kostengünstig in der Herstellung und in der Montage ist und außerdem trotz sanftem Beginn der Drehbewegung zu sehr hoher Endgeschwindigkeiten führt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ventildrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der ein sich einerseits über ein ortsfestes Gelenk am Motorgehäuse abstützender Lenkhebel andererseits an einer Freilaufkupplung angreift, die ihrerseits mit dem Ventilschaft verbunden ist, wobei das Gelenk gegenüber dem Ventilschaft seitlich und gegenüber der Angriffsstelle des Lenkhebels an der Freilaufkupplung derart in Ventilachsrichtung ver- to setzt ist, daß die Freilaufkupplung nur die bei der Ventilschließbewegung vom Lenkhebel eingeleitete Drehbewegung auf den Ventilschaft überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffsstelle des Lenkhebels (14) an der Freilaufkupplung (11, 12, 13) ein zweites Gelenk (20) ist und daß das ortsfeste Gelenk (15) gegenüber dem zweiten Gelenk (20) so weit in Richtung zum Ventilteller (4b) versetzt ist, daß es bei maximal geöffnetem Ventil (4) höchstens etwa in gleicher Höhe mit dem zweiten Gelenk fliegt.

2. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (11, 12, 13) koaxial am Ende des Ventilschaftes (4a) angeordnet ist.

3. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ortsfeste Gelenk (15) an einer Zylinderkopfs-.hraube befestigt ist.

4. Ventildrehvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gelenk (20) mit einem FreilaufauBenring (13) und der Ventilschaft (4a) mit einem Freilaufinnenring (11) verbunden ist.

5. Ventildrehvon. ichtun^ nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne!, daß )3 die Gelenke (15, 20) als Kii elgelenke ausgebildet sind.

6. Ventildrehvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkhebel (14) aus zwei koaxial miteinander w verschraubbaren Gewindestiften mit angeformten Gelenkpfannen besteht.

7. Ventildrehvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (8) über ein Wälzlager (8) am Zylinderkopf abgestützt ist.