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Kugelventilsteuerung für Verbrennungsmotoren. Die Erfindung bezieht
sich auf eine Steuerung für Verbrennungskraftmaschinen, insonderheit auf Kugelventilsteuerungen.
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Bei den bekannten Steuerungen der in Frage kommenden Art ist die Kugel
entweder vollkommen fest mit der Ventilstange verbunden, oder sie ist vollkommen
frei, so daß sie unter der Einwirkung der im Zylinderinneren befindlichen Gase von
ihrem Sitz abgehoben bzw. wieder auf denselben zurückgedrückt wird. Beide Arten
der Kugelanordnungen sind nicht frei von erheblichen Nachteilen. Im ersteren Fall
geht man der sphärischen Form der Steuerkugel verlustig, welche sich bei loser Kugel
durch den unzähligen Stellungswechsel auf dem Ventilsitz in einer gleichmäßigen
Abnutzung aller Ventilflächen zum Vorteil einer stets guten Abdichtung äußert. Andererseits
unterliegt der Gasstrom bei mit der Ventilstange fest verbundener Kugel in unmittelbarer
Nähe des Ventils einer unumgänglichen Änderung der Strömungsrichtung, wodurch Drosselungs-
und Wirbelverluste entstehen.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäß
behoben, indem dem Gasstrom durch eine besondere Kugelsteuerung eine unveränderlich
Strömungsrichtung erhalten bleibt.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß sich die Steuerkugel nicht
in Strömungsrichtung der Gase, sondern seitlich zu derselben verschiebt. Die Kugel
fällt hierbei während der Freigabe der Ein- bzw. Atisströmungsöffnung in eine unter
der Gaseinlaßleitung gelegene Kammer. Dies wird möglich dadurch, daß die Kugel vollständig
frei beweg-,jyich ist und beim Abheben vom Ventilsitz zufolge der eigenen Schwere
nach unten fällt.
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Zum Wiederabschließen des Ventil: wird die Kugel durch eine von der
Nockenwelle beeinflußte Stange o. dgl. auf ihren Sitz zurückgedrückt.
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Zti bemerken wäre, daß bei den bis jetzt gebräuchlichen Motoren das
Ventil durch den ini Zylinder herrschenden Druck fest gegen seinen Sitz gedrückt
wird und umgekehrt wieder durch ein geeignetes Stetiergestätige vom Sitz abgehoben
und in den Innenraum des Zylinders gedrückt wird. Gemäß der mit der Erfindung gegebenen
Steuerung wird das Ventil aber im Gegensatz hierzu von außen her fest auf den Sitz
gedrückt. Folgerechtlich muß natürlich eine gute Blockierung des Ventils vorhanden
sein, damit der im Zvlinder herrschende Druck nicht überwiegt wid entweicht. Iin
Augenblick des beginnenden Auspuffes wird die Blockierung sofort wieder freigegeben,
"so daß die verbrannten Gase, indem sie die Kugel vom Sitz abheben, ungehindert
den Weg ins Freie antreten können.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel angegeben.
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Abb. i zeigt einen Vertikalschnitt desselben, Abb.2 einen Horizontalschnitt
nach Linie 1-A von Abb. i Abb.3 und d. endlich zeigen Einzelheiten der Steuerung.
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Der Nfotorzvliiider i ist mit einem Kühlmantel versehen und nimmt
den Kolben 2 auf, welcher in üblicher Weise auf die Kurbelwelle 3 wirkt.
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Die Einströmungsöffnung d und die Auspufföffnung 5 «erden beide durch
ein Kugelventil 6 geschlossen. Da die Kugel des Kugelventils sich vollständig frei
bewegen kann, wird sie durch eine Druckstange ; in hin und her gehende Bewegung
versetzt. Die Druckstange 7 läuft in der Führung B. Die Kugel 6 legt sich gegen
das obere Ende der Druckstange 7 lediglich unter der Einwirkung der eigenen Schwere.
Beim Aufstieg hebt die Druckstange 7 die Kugel und drückt sie auf ihren Ventilsitz,
indem sie sich selbst gleichzeitig hinter der Kugel festkeilt, so daß irgendwelche
ungewollte Verschiebung der Kugel nicht stattfinden kann, solange das Z-entil geschlossen
bleiben muß. Zwecks Öffnung des Ventils wird die Stange ; zurück-,gezogen, und die
Kugel fällt durch ihre eigene Schwere nach, und die Gase können passieren, d. h.
es kann für die Einströmung frisches Gasgemisch in den Zylinder eintreten, und an
der Auspufföffnung können die verbrannten Gase austreten.
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Es muß bemerkt werden, daß, sobald die Kugel vollständig zurückgefallen
ist und somit die betreffende ()ftnting freigegeben hat, die Gase freien Durchzug
haben, ohne dabei ihre Richtung zti ändern, was deshalb wichtig ist, weil Gasverluste,
welche sonst auftreten, auch e:itsprechende Energieverluste nach sich ziehen.
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Die Steuerung der Kugelventile geschieht vermittels der Nockenwelle
9. Ihn hierbei jede Zahnradübersetzung soweit als möglich zu vermeiden, erhält die
Nockenwelle 9 ihren Antrieb von der Kraftwelle 3 vermittels einer Kupplungsstange
i o. Die Nockenwelle 9 dreht sich infolgedessen mit der gleichen Geschwindigkeit
wie die Antriebswelle 3. Da es sich jedoch um einen Viertaktmotor handelt, so müssen
die Steuerorgane derart berechnet sein, daß sich jedes Ventil erst bei jeder zweiten
Umdrehung der Motor- bzw. Nockenwelle öffnet.
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Zu diesem Zweck ist die Nockenwelle 9 mit einer N ockenscheibe i r
versehen, welche auf den Winkelhebel 12 einwirkt, der uni den Zapfen 13 ausschwingen
kann und dessen Rolle 14 gegen die Nockenscheibe durch eine Feder 15 angepreßt wird.
Das entgegengesetzte Ende des Winkelhebels 14 endigt in eine Gabel 16.
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Die Druckstange 7 ist am Ende der Steuerstange 17 befestigt, welch
letztere in dem Ansatz 18 des oberen Teiles des Kurbelgehäuses geführt ist. Die
zwischen dein Ansatz 18 ui (l der Druckstange 7 um die Steuerstange 17 gelegte Feder
i9 ist bestrebt, die Druckstange; in ihrer oberen Lage zu erhalten.
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Auf dem unteren Ende der Steuerstange 17 ist gleit- und drehbar eine
Hülse 2o aufgesetzt, deren äußere Fläche drei Längsrippen 21 aufweist, «-elche die
ganze Länge der Hülse 2o einnehmen. Die Hülse 2o wird in der Nabe (les Zahnrades
22 geführt, welches zwischen dein Armen 23 geführt ist, die in einem geineinsamen
Ansatz auf der Innenseite des Kurbelgehäuses übergehen und mit letzterem verbunden
sind. Die Zähne des Rades 22 ,1(r1-cifen in die Schnecke 2.4 der Nockenwelle 9 ein.
Die Gänge der Schnecke 2d sind auf dein größten Teil ihres Umfanges rechtwinklig
zur Nockenwelle 9 angeordnet und bilden somit nahezu ringförmige Nuten 25, welche
nur an einem kleinen Teil des Umfanges der Nockenwelle 9 durch die Gewindegänge
26 miteinander
verbunden sind; infolgedessen wird das Zahnrad 22
eine schrittweise Bewegung ausführen und sich bei jeder Umdrehung der Nockenwelle
9 um. den sechsten Teil seines Umfanges (6o°) drehen.
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Die Gabel 16 des Winkelhebels 12 ist derart angeordnet, daß sie sich
gegen die Kante der Rippen 2i stützt, bei der Drehung der Hülse 2o aber in die Lücken
zwischen den Rippen einfallen kann.
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Die Wirkungsweise der vorbeschriebenen Steueranordnung ist kurz folgende:
Der Winkelhebel 12 schwingt unter Einwirkung der Nockenscheibe i i und der Feder
15 einmal nach beiden Richtungen bei jeder Umdrehung der Antriebswelle aus. Das
Ventil 6 jedoch darf sich nur bei jeder zweiten Umdrehung der Motorwelle öffnen,
da es sich im vorliegenden Fall um einen Viertaktmotor handelt. Soll das Ventil
6 geöffnet werden, so muß die Hülse 2o mit den Rippen 21 sich in der aus Abb. ¢
ersichtlichen Lage befinden. Die Gabel i6° des Winkelhebels stützt sich dabei auf
die Kanten zweier benachbarter Rippen und bewirkt so das Niedergehen der Hülse 2o,
welche dabei die Druckstange 7 durch den Ansatz 27 mitnimmt. Das Ventil 6 fällt
daher unter Einwirkung seiner eigenen Schwere in die strichpunktierte Lage Abb.
i zurück und öffnet somit den Zugang zum Zylinder i.
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In den Fällen, wo eine ausnahmsweise hohe Geschwindigkeit verlangt
wird, kann man das Kugelventil auch durch die bekannten Mittel zum Schluß bringen,
beispielsweise durch eine Feder, welche von oben auf die Kugel wirkt und sie dadurch
in die Offenstellung des Ventils bewegt; auch kann die Steuerstange 17 am oberen
Ende einen Ansatz erhalten, welche die Kugel zurückzieht, so daß die Eröffnung des
Ventils alsdann zwangläufig erfolgt anstatt kraftschlüssig, wie oben beschrieben.
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Der Schluß des Ventils erfolgt durch die Einwirkung der Feder i9,
welche die Druckstange 7 nach aufwärts bewegt, sobald der Daumen der Nockenscheibe
dies gestattet.
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Soll das Ventil geschlossen bleiben, was während der Kompression;
der Zündung und des Auspuffs für das Saugventil der Fall ist, bzw. während des Ansaugens
der Kompression und der Zündung für das Auspuffventil, so muß die Hülse 2o, wie
in Abb. 3 angegeben ist, ihre Stellung erhalten. In dieser Lage tritt eine der Rippen
2i zwischen die Zinken der Gabel 16, so daß das Ausschwingen des Steuerhebels 12
durch den Nocken i i ermöglicht wird, was während der zweiten Umdrehung der Nocken-
bzw. der Antriebswelle stattfindet. Mithin kann hier die Nockenwelle auf die Steuerung
einwirken, ohne daß die Hülse 2o betätigt wird, wodurch das Kugelventil 6 die Schlußstellung
beibehält.
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Die Schnecke 24, welche auf die Nockenwelle 9 aufgekeilt ist, dient
dazu, die Hülse 2o in eine der beiden - aktiven oder inaktiven - Stellungen zu erhalten.
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Im vorliegenden Fall ist die Hülse 2o mit drei Rippen versehen, und
die Teildrehung muß daher ein Sechstel der vollen Umdrehung betragen. Wählt man
nun das Zahnrad 22 zu zwölf Zähnen, so muß der Nocken 24 (Schnecke) eine doppelte
Windung besitzen.
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Treten die Zähne des Rades 22 in die senkrecht verlaufenden Gänge
der Schnecke 22 ein; so bleibt sowohl das Rad wie auch die Hülse unbeweglich. Dieser
Fall tritt während derjenigen Periode ein, in welcher das Kugelventil geöffnet werden
muß ; der Steuerhebel 12 wirkt dabei auf die Hülse 2o, während er während des Abschlusses
des Ventils frei ausschwingt. Die schrägverlaufenden Gewindeteile 26 der Schnecke
24 wirken auf die Zähne des Rades 22 lediglich in dem Augenblick, wo die Führungsrolle
14 des Steuerhebels 12 an der Basis des Nockens angelangt ist, in welchem Zeitpunkt
auch die Hülse 2o und der Steuerhebel 12 am Ende ihres Aufwärtshubes angelangt sind.
Die Drehung des Rades 22 findet alsdann plötzlich statt und ist beendet, sobald
der Nocken ii von neuem auf den Steuerhebel 12 einwirkt.