DE2056150A1 - Ventilantrieb bei Verbrennungsma schinen - Google Patents
Ventilantrieb bei Verbrennungsma schinenInfo
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- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
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- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
Description
DlPL-INS, DR. IUR, DIP! ING.
VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE
45 Osnabrück, den 13. November 1970
MDSERSTRASSE 2O/24 VB/Fi
Can1ey, Coventry, Warwickshire, England
Ventilantrieb bei Verbrennungsmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilantrieb bei Verbrennungsmaschinen
und betrifft insbesondere Ventilsteuerungsanordnungen unter Verwendung einer einzigen obenliegenden
Nockenwelle.
Es ist bekannt, eine einzige obenliegende Nockenwelle zu verwenden,
die sämtliche Ventile durch Ventilhebel oder diese sämtlich direkt betätigt. Diese bekannten Anordnungen haben den
Nachteil einer hohen Trägheit und der Begrenzung in der Ventilanordnung.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Schaffung einer obenliegenden Nockenwelle, die eine verhältnismäßig
niedrige Trägheit aufweist und Konstruktionsfreiheit ge-
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stattet, soweit es sich um die Anordung und Steuerung der Ventile handelt. Sie bietet den Vorzug einer gegebenenfalls
gewünschten direkten Nockenbetätigung der Einlaßventile bei Ventilhebelbetätigung der weniger anspruchsvollen Auslaßventile.
Erfindungsgemäß weist eine Kolbenverbrennungsmaschine Tellerventile auf, die durch eine einzige obenliegende
Nockenwelle betätigt werden, wobei ein Teil der Ventile unmittelbar durch Nocken an der Nockenwelle oder von diesen
über Stößel bzw. Mitnehmer und ein anderer Teil von Nocken an der Nockenwelle über Ventilhebel betätigt wird.
Nach einem Merkmal der Erfindung betätigt ein erster Nockensatz an der alleinigen Nockenwelle die Einlaßventile und
ein zweiter Noekensatz an der alleinigen Nockenwelle die Auslaßventile der Maschine.
Nach einem zweiten bevorzugten Merkmal der Erfindung betätigen dieselben Nocken sowohl die Einlaß- als auch die
Auslaßventile.
ΤΤΠΓ8Τ27Τ21ΠΓ
SJNAU
! Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
j sind nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrie-
ben, es zeigen:
■ Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer
Mehrzylinder-Verbrennungsmaschine unter Darstel-
J lung des Ventilantriebs;
Fig. 2 eine Draufsicht auf. den Ventilantrieb nach Fig.
Fig. 3 ein charakteristisches Steuerdiagramm für eine
Viertakt-Verbrennungsmaschine; Fig. 4 ein Diagramm über das Ventilöffnen in Bezug auf
Kurbelwellenrotation und Fig. 5 eine diagrammartige Darstellung einer Methode zum
Erreichen der in Fig. 3 und 4 veranschaulichten
Ventilsteuerung.
Eine Verbrennungsmaschine weist einen Zylinderkopf 1 auf, der an einem (nicht dargestellten) Zylinder durch mit Muttern 21
auf Zapfen 22 befestigt ist. Der Zylinderkopf 1 ist mit.Kühlmitteldurchlässen
2 versehen und jeder Zylinder hat eine Einlaßöffnung 3 und eine Auslaßöffnung k sowie Einlaß- bzw. Auslaß-Tellerventile
5 bzw. 6. Die Teller der Ventile 5 und 6 liegen an entsprechenden Ventilsitzeinsätzen 9 und 10 an, die in entsprechende
Gegenbohrungen in dem Zylinderkopf 1 eingeschrumpft sind. Das Einlaßventil 5 hat einen größeren Durchmesser als das
Auslaßventil 6 und ist in seiner geschlossenen Stellung durch eine Spiral-Druckfeder 11 vorgespannt, die sich an einer an dem
Zylinderkopf 1 anliegende Haltescheibe 12 und an einem selbst-
ΤΧΓ9Γ8Τ27ΤΤ91Γ
j zentrierenden Venturing 13 abstützt, der durch zwei gespaltene
Klemmringe 14, von denen nur einer dargestellt ist, an dem Kopf
des Ventilschaftes befestigt ist. Ein becherförmiges Nockenfolgeglied 15 liegt in einer Bohrung 16 in dem Zylinderkopf und wird
durch einen mit der Nockenwelle 18 aus einem Stück bestehenden Nocken 17 betätigt, wobei das Betriebsspiel durch eine Zwischenscheibe
19 reguliert wird.
Sämtliche Einlaß-Tellerventile der Maschine sind so angeordnet, daß sie mit ihren Achsen in einer gemeinsamen Ebene liegen, in
der auch die Rotationsachse der Nockenwelle 18 liegt, die an von den Zapfen 22 getragenen und von den Muttern 21 niedergehaltenen
Lagerböcken 20 abgestützt wird.
Der Nocken 17 betätigt das Einlaßventil 5 durch das Nockenfolgeglied
15 und das Auslaßventil 6 durch einen Ventilhebel 23, der schwenkbar auf einer feststehenden Achse 2k gelagert ist, die
durch von den Zapfen 22 gehaltene und durch die Muttern 21 befestigte Lagerböcke 25 abgestützt ist.
Das vom Betätigungsnocken 17 entfernt liegende Ende eines jeden Ventilhebels 23 weist eine Ventilbetätigungsfläche 26 auf, die
an einer Auslaßventil-Betätigungsscheibe 27 anliegt, welche lose an dem Ende des Ventilschaftes des Auslaßventils 6 angeordnet ist.
Eine Spiraldruckfeder 28 stützt sich über einen Kragen bzw. Haltescheibe 29 am Zylinderkopf 1 und an einem Ventilring 30 ab,
der durch zwei gespaltene Klemmringe 31, von denen nur einer dargestellt ist, an dem Schaft des Auslaßventils 6 befestigt ist.
1 09822/129Ö
Obgleich die vorgeschriebene Ventilmechanik zur Betätigung einer Ventilanordnung Verwendung finden kann, bei der einzelne schräge
Einlaß- und Auslaßventile für «Jeden Zylinder vorgesehen sind, ist sie besonders anpassungsfähig und geeignet zur Verwendung
bei einer Vier-Ventilanordnung, wie in Fig. 2 dargestellt, die ein zweites becherförmiges Nockenfolgeglied 15a zum Betätigen
des zweiten Einlaßventils aufweist, während das zweite Auslaßventil von einem zweiten Ventilhebel 23a betätigt wird. Stattdessen
kann der Ventilhebel 23 aber auch zum Betätigen beider Auslaßventile benutzt werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine einzige Nockenwelle obengesteuerte Ventile betätigt, ohne sich einen hohen Trägheit
sgrad zuzuziehen, und die Winkel der Einlaß- und Auslaßventile 5 und 6 so eingestellt werden können, daß sie durch einfaches
Abwandeln des Ventilhebels 23 innerhalb eines großen Bereiches von Konstruktionsbedingungen geeignet sind.
Die Ventilsteuerung wird durch die entsprechenden Berührungsstellungen
des Nockenfolgegliedes 15 und des Ventilhebels 23 mit der Fläche des Universalnockens 17 bestimmt.
Auf Wunsch können die Ventilhebel 23 durch einen kugeligen
Schwenklagerkopf abgestützt sein, der in bekannter Weise an einem Zapfen angebracht ist, anstatt von der feststehenden Achse 24
und dem Lagerbock 25 gehalten zu werden. Das kugelartige Schwenklager
kann in bekannter Weise eine Schraubverstellung zum Regulieren des Spiels der Ventile aufweisen* Nach Wahl kann, wenn
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der Ventilhebel 23 schwenkbar an der feststehenden Welle 24 gej
lagert ist, die Ventilsteuerungsfläche 26 durch eine herkömmliche Schraubverstellung bestimmt werden.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Universalnockensystem ist vollständig von der Winkeleinstellung der Nockenanlagefläche des
Ventilhebels 23 abhängig und eine Methode zur konstruktiven Durchführung bzw. Festlegung der Einstellung ist in den Fig. 3>
4 und 5 dargestellt.
Die Fig. 3 zeigt ein typisches Steuerdiagramm für eine Maschine mit einer Vetilsteuerungsmechanik der hier in Rede stehenden Art,
A stellt den oberen Totpunkt des Kolbens und B den unteren Totpunkt dar. Das Einlaßventil beginnt sich bei C zu öffnen und
ist bei D geschlossen. Das Auslaßventil beginnt sich bei E zu öffnen und ist bei F geschlossen. Typische Werte für die Winkel,
gemessen in Graden der Kurbelwellenrotation, sind:
COA AOF EOB
BOD
25' 15C
75 65°
Die horizontale Linie in Fig. 1J stellt die Zeit oder Kurbelwellenrotation
dar, wobei in diesem Fall G, I und K der obere Totpunkt und H und J der untere Totpunkt sind. G II stellt den Saughub,
H I den Kompressionshub, i J den Ausdehnungshub und J K den Auslaßhub dar. Die Einlaß- und Auslaßventilöffnungen sind durch die
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- ν-
Kurven L bzw» M dargestellt.
Die Fig. 5 zeigt den Zustand an den oberen TotpunktStellungen
G und K in Fig. 4. Die Linie XS stellt die Achse des becherförmigen
Nockenfolgegliedes 15 dar, XR ist die Mittellinie des Nockens 17, XP eine durch die Nockenwellenachse und den Krümmungs
Mittelpunkt der Fläche des Ventilhebels 2.3, auf die der Nocken 17 wirkt, laufende Linie, XN eine Linie durch den Punkt an dem
Nocken 17, an dem dieser aufhört, die Ventile zu öffnen, und
XT eine Linie durch den Punkt an dem Nocken 17, an der dieser die Ventile zu öffnen beginnt. Gemessen in Graden der Nockenwellenrotation:
N X P SXT NXT
PXS
7 1/2*
12 135 115
Wie oben erwähnt, ist die entsprechende Zeit-Steuerung der Einlaß-
und Auslaßventile abhängig von der Winkeleinstellung der Nockenanlagefläche des Ventilhebels 23; ist diese jedoch einmal
erfolgt, so können die Zeiten durch übereinstimmende Abänderung beider Enden der Ventilöffnungsperioden weitgehend verändert
werden.
In einem anderen Beispiel, wo COA = AOF =25° (Kurbelwelle) = θ
und EOB = BOD = 65° (Kurbelwelle) = ^ , ist der Winkel PXS =
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■ - 8 -
18Ο_
+ 25 + 65-25-25 = l8O + 65 - 25 = 110° ,„ , Ί, Ν
^ > _> ^
(Nockenwelle)
; Somit können die Steuerungen wie folgt sein
10 - 10 - 50 - 50
15 - 15 - 55 - 55
20 - 20 - 60 - 60
25 - 25 - 65 - 65
30 - 30 - 70 - 70
35 - 35 - 75 - 75 usw.
Wenn es z. B. erwünscht wäre, die Steuerung 58 - 58 - 82 oder
eine andere, weniger ausgedehnte Steuerung 35 - 35 - 59 -59 zu verwenden, dann würde ein veränderter Ventilhebelwinkel benötigt
werden, der von 70° auf 78° abgeändert ist.
Die Formel für diesen Winkel Jt ist
180 + 0T - Q-o Grad (Nockenwelle)
1 &
Durch Einstellen des Winkels v^kann die Einlaßsteuerung so vorgenommen
werden, daß sie symmetrisch oder verschieden zu der Auslaßsteuerung ist. Die Nockenanlagefläche des Ventilhebels
ist als Krümmung ausgebildet, deren Radiusmittelpunkt derart angeordnet ist, daß sich eine im wesentlichen symmetrische Hubkurve
für das Auslaßventil 6 ergibt. Dies kann durch Verwendung einer regulierten Krümmung erreicht werden.
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_ Q-
Ein Vorteil bei der Verwendung einer derartigen Ventilsteuerungsmechanik ist in Fig. 1 dargestellt, wo er bei einer Maschine
Anwendung findet, die um H5° zu der Vertikalen geneigte Zylinder
aufweist. Die Linie U hat den gleichen horizontalen Abstand von der Kurbelwellenachse wie die Linie V vertikalen Abstand von
dieser hat. Der Bogen 32 stellt einen typischen Außenumfang eines Kettenantriebsrades für die Nockenwelle 18 dar und die
ι Bogenlinie 33 veranschaulicht die Außenfläche einer geeigneten
Abdeckung des Kettenrades. Es ist ersichtlich, daß, wenn das Auslaßventil 6 durch eine weitere Nockenwelle in der gleichen
Weise wie das Einlaßventil 5 betätigt wurde, die Maschine um ein dem Abstand zwischen den Linien V und W entsprechendes Stück
breiter sein würde. Wenn die Maschine 90° V-Form aufweist, ist die Breiteneinsparung gleich 2 χ VW.
Die Nockenwelle 18 besteht vorzugsweise aus gehärtetem Stahl
oder Hartguß und die Steuerungsfläche des Ventilhebels 23 weist eine abnutzungsbeständige Schicht auf (z. B. entsprechend der
eigenen britischen Patentanmeldung Nr. 7865/68).
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Ventilantrieb
ohne weiteres zur Anwendung bei einer Zwei- oder Vier-Ventilanordnung für jeden Zylinder abgewandelt werden kann. In
beiden Fällen bleibt der Nockenwellenantrieb der gleiche.
Anstatt daß derselbe Nocken 17 sowohl Einlaß- als auch Auslaß-Ventile
betätigt, kann die Nockenwelle 18 zwei Satz Nocken tragen von denen der erste Satz, oder Einlaßnocken, die Einlaßventile
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- ίο -
direkt durch die Ventilstößel-Mitnehmer bzw. Mockenfolgeglieder 15, und der zweite Satz, oder Auslaßnocken, die Auslaßventile
durch Ventilhebel 23 betätigen können. Der Grundkreisradius eines jeden Einlaßnockens würde größer als der maximale Radius
des Auslaßnockens an seiner Spitze sein, so daß der Auslaßnocken das Einlaßventil nicht betätigen kann. Stattdessen kann sich der
Auslaßnocken auch über den Grundkreis des Einlaßnockens hinaus erstrecken, wobei dann die Nockenfolgeglieder 15 in einer gegen
! Verdrehung gesicherten Stellung angeordnet und abgestuft sind, um dem Auslaßnocken freies Arbeitsspiel zu gewähren.
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Claims (6)
- - li -Patentansprüche:Kolbenverbrennungsmaschine mit durch eine einzige oben-15ep:ende Nockenwelle gesteuerten Tellerventilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Ventile (5) unmittelbar durch Nocken (17) an der Nockenwelle (18) oder durch die Nocken über Stößel bzw. Mitnehmer (15) und daß ein anderer Teil der Ventile (6) durch Nocken (17) an der Nockenwelle (18) über Ventilhebel (23) gesteuert wird.
- 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Satz Nocken an der einzigen Nockenwelle (18) die Einlaßventile (5) der Maschine und der zweite Satz Nocken an der alleinigen Nockenwelle die Auslaßventile (6) der Maschine steuert
- 3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß dieselben Nocken (17) sowohl die Einlaßventile (5) als auch die Auslaßventile (6) steuern.
- 4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie vier Ventile pro Zylinder aufweist, wobei die beiden Einlaßventile (5) durch Nocken über Stößel bzw. Mitnehmer (15) und die Auslaßventile (6) durch Nocken über Ventilhebel (23) gesteuert werden.
- 5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch t gekennzeichnet, daß sie V-Form aufweist.109822/1290i - 12 —j
- 6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis A, dadurch gej kennzeichnet, daß sie in-Reihe liegende Zylinder aufweist, die. zur Vertikalen geneigt sind.109822/1290
Applications Claiming Priority (1)
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GB5681469 | 1969-11-20 |
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