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Steuerung für die, Ein- und Auslaßventile von Einspritzbrennkraftmotoren
Die Erfindung betrifft eine Steuerung für die Ein- und Aus.laßventile von Einspritzbrennkraftmaschinen
mit Durchspülung durch Aufladeluft.
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Bei diesen. Maschinen ist die Durchspülung des Brennraums während
der inneren Totlage des Kolbens, also an dem Totpunkt, in dem sich der Kolben in
der Nähe des Zylinderkopfes befindet, zweckmäßig, da dort bei kleinem Volumen des
Brennraums mit der kleinsten Ladeluftmenge der größte vo:lumetrische Spülluftüberschuß
erreichbar ist. Um bei Verwendung dieser so gesteuerten Maschinen als Dieselmäschinen
mit zentralem Brennraum oder auch bei Vorkammermaschinen eine günstige Verteilung
der Verbrennungsluft zu erhalten, darf der Abstand des Kolbens, vom Zylinderkopf
im inneren Totpunkt nur klein sein. Erfolgt die Steuerung der Ventile mittels der
üblichen Nocken, so sind die Ventile im inneren Totpunkt schon sehr stark angehoben.
Der dadurch gegebene Abstand des Kolbens vom Zylinderkopf ist daher verhältnismäßig
groß.
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Man hat schon vorgeschlagen, was aber nicht zum Stande der Technik
gehört, die Ein- und Auslaßventile vor und nach der inneren T'o:tlage des Kolbens
zu öffnen und während der To:tlage zu schließen. oder sie teilweise geöffnet zu
lassen. Es kann dann zwar der Kolben sehr nahe an den Zylinderkopf herangehen, aber,
abgesehen von den
Schwierigkeiten in der Beherrschung der Massenkräfte,
wird für den notwendigen Spülluftüberschuß eine größere Spülluftmenge gebraucht,
da das mittlere Zylindervolumen dann ein Mehrfaches des Kompressionsvolumens darstellt.
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-Nach der Erfindung sind die beiden Erfordernisse fürDieselmaschinen
mit zentralem Brennraum oder für Vorkammermaschinen dadurch gleichzeitig erfüllt.
daß die Stuernocken für die Ein- und Auslaßventile derartig ausgebildet und angeordnet
sind, dar die Hubbewegung der @"entile beim Durchgang des Kolbens durch den inneren
Totpunkt in einer verhältnismäßig geringen Entfernung der Ventile von ihren Sitzen
vollständig oder nahezu vollständig unterbrochen wird. Hierdurch ist erreicht, daß
bei einem verhältnismäßig kleinen Abstand der Ventile von ihrem Sitz während einer
genügend langen Zeit ein hinreichend großer Ouerschnitt zum Durchspülen erzielt
ist. Es ist also eine gute Durchspülung mit einer verhältnismäßig kleinen Luftmenge
ermöglicht, wobei der Kolben infolge des kleinen Abstandes der Ventile von ihrem
Sitz am inneren Totpunkt nahe an den Zylinderkopf herangehen kann.
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Die U nterhrechung der Öffnungsbewegung des Einlaßventils ist schon
zum Zweck einer guten Spülung vorgeschlagen worden, jedoch findet dies-, Unterbrechung
am Anfang des Auspuffhubes statt, was eine unnötig große Spülleistung erfordert,
während nach der Erfindung diese Unterbrechung erst beim Durchgang des Kolbens.
durch den inneren Totpunkt stattfindet. bei dem der Brennraum ein sehr kleines Volumen
hat. Auch soll gegen Ende des Hubes des Arbeitskolbens das Ventil weiter geöffnet
sein, so daß es weit in den Brennraum vorsteht, was die Erfindung vermeiden will.
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In der Zeichnung ist eine Steuerung nach der Erfindung in einer Ausführungsform
schematisch dargestellt.
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Fig. i ist ein senkrechter Längsschnitt durch einen Teil einer mit
einer Steuerung nach der Erfindung ausgerüsteten Einspritzbrennkraftmaschine nach
der Linie A-B der Fig. : ; Fig.2 ist ein waagerechter Schnitt durch den Zvlinder
nach der Linie C-D der Fig. i ; Fig. 3 ist ein V entilerhebungsdiagramm im inneren
Totpunkt des Kolbens.
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Am Kopf i des Zylinders 2 der Einspritzbrennkraftmaschine sind beispielsweise
vier Ventile, nämlich die Einlaßventile 3 und die Auslaßventile4, mit den zugehörigen
Kanälen angeordnet, von denen in Fig. i nur die Einlaßkanäle 3 dargestellt sind.
Außerdem ist am Zylinderkopf i die Brennstoffeinspritzdüse !-, mit dem Brennstoffzufü
hrtingskanal 7 vorgesehen. Der Kolben S, der in Fig. i in seiner oberen Endstellung
dargestellt ist. bat einen mittleren Verbrennungsraum ,_e. Zwischen dein Kolbenboden
io und dein Zylinderkopf i befindet sich der Raum i i.
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Auf der Steuerwelle 12, die von der nicht dargestellten Kurbelwelle
der -Maschine mit halber Umdrehungszahl angetrieben wird. sind der mit voller Linie
dargestellte EinlahnOcken 13 und davor der gestrichelt angegebene Auslaßnocken 1.1.
befestigt. her Einlaßnocken 13 wirkt gegen eine halle i;. die mittels eines Zapfens
16 an einem Stößel 1; drehbar ist. Der Stößel 1; ist am unteren Ende einer Stoßstange
18 vorgesehen, die am oberen Ende mittels eines Zapfens ig mit dein einen Arm 2o
eines doppelarmigen Hebels 2o. =i verbunden ist. Dieser Hebel ist um einen ortsfesten
Zapfen 27 schwenkbar. An dein Hebelarm 21 ist eine Rolle -23 gelagert. welclu@ gegen
eine Anschlagfläche =4. eines um einen ortsfesten Zapfen 23 schwenkbaren Hebels
26 «-irl@t. Gegenüber den Enden der Auslaßt-entilschäfte -22 sind die Hebel 21 und
=j@ mit Anschlägen 28 versehen.
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Der Ein.laßnocken 13 ist d_rartig gestaltet. daß sich an eine geringe
daumenartige F.rhöhung 2Q ein Zurteuer-.@-elle 12 ungefähr konzentrischer Teil 30
anschlief'it, auf @celchen eine starbt daumenartige Erhöhung 31 folgt. Dreht sieh
daher die Steuerwelle 1 2 in der Pfeilrichtung, so. wird die Stoßstange 1 8 durch
den gegen die Rolle T., wirkenden ocIcenteil 29 um einen geringeil Betrag gehoben,
und es werden die beiden Einlaßventile 3 unter Vermittlung der Hebel 20. 21 und
26 um einen geringen Betrag geöffnet. Bei der Weiterdrehung der Welle 1= wirkt der
nahezu konzentrische Lockenteil 30 gegen die Rolle 13, so daß jetzt die EinIaßventile
3 im wesentlichen in der etwas geöffneten Stellung verbleiben. Kommt dann bei der
Weiterdrehung der Welle 12 der -"#ockeitteil 31 mit der Rolle i ß in Berührung.
so werden die Einlaßventile 3 weiter bis in die volle Üffnungsstellung bewegt.
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Die in Fig. i nicht dargestellten Auslaßventile d. (Fig. 2), die in
einer der Schnittebene in Fig. i vorgelagerten Ebene angeordnet sind, werden durch
den AuslaßventilnOcken 1I unter Vermittlung eines dem vorher beschriebenen Gestänge
entsprechenden Gestänges bewegt. Der Auslaßnocken 1 4 ist ebenso. gestaltet wie
der Einlaßnocken 13 und mir entgegengesetzt auf der Welle 12 angeordnet. und zwar
sind die beiden locken 13 und 14 derartig gegeneinander versetzt, daß die beiden
nahezu konzentrischen Nackenteile in Richtung liegen.
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In dem Diagramm nach Fig.3 geben die Abszissen die Kurbelwinkel a
an, wobei der
Punkt A den, inneren Totpunkt bezeichnet. Mit - a
sind die Winkel vor und mit -I- a die Winkel nach dem inneren Totpunkt bezeichnet.
Die Ordinaten geben die Öffnungsbewegungen an, wobei die Linie A-B dem Ventilhub
h in Fing. i in der inneren. Totpunktlage des. Kolbens 8 .entspricht. Die volle
Linie a ist die Öffnungskurve für das Einlaßventil 3 und die strichpunktierte Linie
b die Öffnungskurve für das Auslaßventil 4 bei der in F'ig. i dargestellten Form
der Nocken i3 und r4. Die gestrichelten Linien c und d stellen die Öffnungskurven
für das Ein- und Aus.laßventil bei Verwendung normaler Nocken: dar, wenn der gleiche
Ventilhub h im Totpunkt angenommen wird.
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Da der von den Ventilen. freigegebene Du:rchströ@mquerschnitt proportional
den Ventilöffnungsbewegungen und der Kurbelwinkelweg bei einer bestimmten. Umdrehungszahl
ein Maß für die Zeit ist, so stellt die in Fig. 3 einfach schraffierte Fläche den
für das Durchströmen der Aufladeluft durch den Raum i i zur Verfügung stehenden
Zeitabschnitt bei der in Fig. i dargestellten Nockenform nach der Erfindung dar,
während die kreuzschraffierte Fläche den Zeitabschnitt für normale Nocken veranschaulicht.
Da bei einem bestimmten, von dem Aufladegebläse erzeugten überdruck der genannte
Zeitabschnitt zugleich ein, Maß für die durch die Ventilöffnungen durchgeströmte
Luftmenge ist, so wird. durch die schraffierten Flächen zugleich die durchgeströmte
Luftmenge bei den verschiedenen Nockenformen angegeben.
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Aus. F!ig. 3 geht hervor, daß die einfach schraffierte Fläche entsprechend
der in Fig. i dargestellten Nockenform nach der Erfindung bedeutend größer als die
kreuzschraffierte Fläche entsprechend der gewöhnlichen Nockenform ist, wenn der
gleiche Ventilhub im inneren Totpunkt des Kolbens bei beiden Noekenformen angenommen
wird. Es ist daher auch bei gleichem Ventilhub im inneren, Kolbentotpunkt die durchströmende
Spülluftmenge beim Erfindungsgegenstand erheblich größer als bei einer gewöhnlichen
Einspritzbrennkraftmaschine. Wollte man aber bei Verwendung normaler Nocken die
gleiche durchströmende Spülluftmenge wie bei Benutzung der Nocken nach der Erfindung
erzieleri., so würde sich ein mindestens doppelt so großer Ventilhub im inneren
Kolbentotpunkt ergeben. Der Raum i i über dem Ko@lben würde dementsprechend größer
und der Verbrennungsraum 9 kleiner, so daß sich bedeutend schlechtere Verhältnisse
für die gleichmäßige Mischung des eingespritzten Brennstoffes mit der Verbrennungsluft
ergeben würden.