DE7632217U1 - Ventildrehvorrichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

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 Rollbewegung 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, so daß im Schließzeitpunkt die Rotationsenergie des Ventils ihr Maximum hat.

Stand der Technik

Die Neuerung geht aus von einer Ventildrehvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Eine solche Drehvorrichtung ist durch die DT-PS Nr. 1 301 333 bekannt geworden. Dort erfolgt der Antrieb der mit dem Ventilschaft verbundenen Freilaufkupplung durch ein Führungsstück, das in einer schräg zur Hubrichtung geneigten, ortsfesten Kulisse gleitet. Entsprechend dem Neigungswinkel der Kulisse erzeugt der Ventilhub eine mehr oder weniger große Verdrehung. Durch den zwischengeschalteten Freilauf wird die Drehbewegung lediglich während des Schließhubes auf den Ventilschaft übertragen, so daß es zu dem erwünschten Anschleifen der Ventilsitze am Ende des Schließhubes kommt.

Die bekannte Ventildrehvorrichtung hat den Nachteil, daß sie insbesondere aufgrund der Kulissenführung kostspielig in der Herstellung ist. Auch wirft ihre Unterbringung am Zylinderkopf bauliche Probleme auf, zumal die Ventilvorrichtungen bei Großmotoren, insbesondere Schiffsmotoren verwendet werden, die meist über vier Ventile pro Zylinder verfügen. Ein nachträglicher Anbau dieser bekannten Drehvorrichtung an fertige Motoren, etwa wegen deren Umstellung auf einen anderen

Kraftstoff, beispielsweise Schweröl, ist praktisch ausgeschlossen.

Außerdem ist bei geradlinig verlaufender
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der Drehwinkel des Ventiles proportional zum Hubweg, die Drehgeschwindigkeit also konstant.

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kurz vor dem Aufsitzen des Ventiles eine
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große Drehgeschwindigkeit zu erzielen, müsste die Kulisse kurvenförmig sein. Dies würde aber die Fertigungs- und Montage-, insbesondere die Justierkosten weiter erhöhen. Daher ist durch die
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ein Gelenkgetriebe zur Verdrehung des Ventiles bekannt geworden, das eine beschleunigte Drehbewegung erzeugt. Diese Dreheinrichtung hat jedoch einen relativ hohen Teile- und Montageaufwand.

Schließlich ist es noch durch die
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bekannt geworden, das in einer ortsfesten Kulisse gleitende Führungsstück unmittelbar mit dem Klemmkörper des Freilaufes zu verbinden. Diese Drehvorrichtung weist aber aufgrund der Kulissenführung dieselben Probleme auf wie die eingangs abgehandelte DT-PS Nr. 1 301 333.

Beschreibung der Erfindung

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Mängel zu beseitigen und vor allem eine einfache, kostengünstige und leicht anbaubare Ventildrehvorrichtung zu schaffen. Schließlich soll sich die neuerungsgemäße Drehvorrichtung durch stoßfreies Erzielen hoher Drehgeschwindigkeiten auszeichnen.

Ausgehend von einer Drehvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches wird diese Aufgabe neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abstützung des Lenkhebels am Motorgehäuse durch ein ortsfestes Gelenk und seine Befestigung an der Freilaufkupplung mittels eines zweiten Gelenkes erfolgt und daß das ortsfeste Gelenk seitlich zur Ventilschaftachse und so weit in Richtung zum Ventilteller versetzt ist, daß es höchstens bei maximal geöffnetem Ventil etwa in gleicher Höhe mit dem zweiten Gelenk liegt.

Durch die neuerungsgemäße Anordnung des Lenkhebels wird aus der Hubbewegung des Ventils in besonders einfacher Weise eine Drehbewegung abgeleitet. Der Teile- und Montageaufwand wird erheblich reduziert und vor allem kann der ortsfeste Anlenkpunkt des Lenkhebels problemlos am Motor, z.B. unmittelbar an einer Zylinderkopfschraube vorgesehen werden. Daher ist auch ein nachträglicher Einbau ohne Schwierigkeiten möglich. Ein besonderer Vorteil liegt außerdem darin, daß der Lenkhebel keine konstante Drehbewegung, sondern eine beschleunigte Drehbewegung des Ventils erzeugt, derart, daß unmittelbar vor dem Aufsitzen der Sitzfläche die höchste Drehgeschwindigkeit vorliegt und demzufolge auch ein Maximum an Rotationsenergie zum Einschleifen der Sitzflächen zur Verfügung steht. Der Beginn der Drehbewegung erfolgt allmählich, so daß die Freilaufkupplung durch keine gefährlich hohen Anfahrstöße belastet wird und somit wenig Verschleiß erleidet.

Hinsichtlich der Anordnung des Freilaufes 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 Hubbewegung mitmachende Ende des Lenkhebels führt eine wendelförmige Bewegung aus. Der Lenkhebel 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 Ausführungsbeispieles

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Neuerung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand einer Zeichnung; dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die neuerungsgemäße Ventildrehvorrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den montierten Lenkhebel und

Fig. 3 den Verlauf des Verdrehwinkels über dem Ventilhub.

Mit 1 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 Ventiles 4 gleitend geführt. Der Ventilteller 4b liegt in der zeichnerisch dargestellten Geschlossenstellung mit seiner Sitzfläche 4c am 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 Ventilgehäuse 3 abstützt. Hierdurch wird das Ventil in der üblichen Weise in die Geschlossenstellung gedrückt. Die Öffnungsbewegung erfolgt durch einen Kipphebel 9, der über ein Kugelgelenk 10 auf den Ventilschaft 4a einwirkt.

Ferner ist mit dem freien Ende des Ventilschaftes 4a der Innenring 11 einer koaxial zum Ventilschaft angeordneten Freilaufkupplung verbunden. Er weist an seiner Oberseite einen vorspringenden Bund 11a auf, mit dem er die Klemmkörper 12 und den Außenring 13 an deren Oberseite übergreift. An der Unterseite wird 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 Sperrrichtung des Freilaufes ist durch den eingezeichneten Pfeil angegeben. Wird der Außenring in Pfeilrichtung verdreht, so nimmt er über die Klemmkörper 12 den Innenring 11 und damit das Ventil 4 sowie die Federteller 5 und 7 mit der Ventilfeder 6 mit.

Durch eine Befestigungsschraube 19 ist ein Kugelgelenk 20 eines Lenkhebels 14 verschwenkbar am Freilaufaußenring 13 befestigt. Das andere Ende des Lenkhebels 14 ist über ein weiteres Kugelgelenk 15 am 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 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 Lenkhebels 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 Lenkhebel 14 in der Geschlossenstellung des Ventils vorzugsweise einen Winkel von etwa 20° bis 60° mit der Querebene durch den Ventilschaft bildet.

Die Wirkungsweise der neuerungsgemäßen Drehvorrichtung ist folgende:

Beim Öffnungshub des Ventiles wird der Lenkhebel 14 entsprechend der Hublänge nach unten geschwenkt. Dabei kommt es zu einer Verdrehung des Freilaufaußenringes 13 entgegen der eingetragenen Pfeilrichtung. Diese Drehbewegung wird also nicht auf das Ventil 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 wird der Freilaufaußenring 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 mit zunehmender

Neigung gegenüber der Horizontalen eine immer größere Drehbewegung aus dem Ventilhub ableitet.

Der Verlauf des Drehwinkels über dem Ventilhub während der Schließbewegung ist in Fig. 3 für zwei verschiedene Positionen des ortsfesten Gelenkes 15 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 wäre technisch sinnlos, da es dann zu einer Rückwärtsdrehung des Freilaufaußenringes 13 käme und man Hublänge verschenken würde.

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

Der Kurvenverlauf II basiert auf einer etwas tieferen Positionierung des Gelenkes 15. Dies bedeutet, daß der Anfangsdrehwinkel je mm Hub größer als null ist und dementsprechend auch seine Rotationsenergie am Ende der Schließbewegung größer als im ersten Fall ist.

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

Zum Vergleich ist der Drehwinkelverlauf für eine Kulissensteuerung gemäß der DT-PS Nr. 1 301 333 oder DT-PS Nr.

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eingetragen. Der gestrichelte Linienzug
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zeigt die bei gerader Kulissenbahn direkte
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Zusammenfassend besteht der Vorteil der Neuerung darin, daß die Verdreheinrichtung sehr kostengünstig in der Herstellung und in der Montage ist und außerdem
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Beginn der Drehbewegung zu sehr hohen
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geschwindigkeiten führt.

Claims (7)

1. Ventildrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen, wobei ein sich einerseits motorgehäusefest abstützender Lenkhebel andererseits auf eine Freilaufkupplung einwirkt, die ihrerseits mit dem Ventilschaft verbunden ist und die Freilaufkupplung nur die bei der Ventilschließbewegung vom Lenkhebel eingeleitete Drehbewegung auf den Ventilschaft überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung des Lenkhebels (14) am Motorgehäuse durch ein ortsfestes Gelenk (15) und seine Befestigung an der Freilaufkupplung (11, 12, 13) mittels eines zweiten Gelenkes (20) erfolgt und daß das ortsfeste Gelenk (15) seitlich und soweit in Richtung zum Ventilteller (4b) versetzt ist, daß es höchstens bei maximal geöffnetem Ventil (4) etwa in gleicher Höhe mit dem zweiten Gelenk (20) liegt.

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

3. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ortsfeste Gelenk (15) an einer Zylinderkopfschraube befestigt ist.

4. Ventildrehvorrichtung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gelenk (20) mit dem Freilaufaußenring (13) und der Ventilschaft (4a) mit dem Freilaufinnenring (11) verbunden ist.

5. Ventildrehvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke als Kugelgelenke (15, 20) ausgebildet sind.

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

7. Ventildrehvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (6) in an sich bekannter Weise über ein Wälzlager (8) am Zylinderkopf abgestützt ist.