Steuervorrichtung für Viertakt-Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Steuerung der Ventile von Viertakt-Brenn- kraftmaschinen mit koaxial zueinander angeordneten und ineinanderbewegten Einlass- und Auslassventilen. Sie besteht darin, dass der Abschluss des Auslassventils auf dem geöffneten Einlassventil erst dann erfolgt, wenn die Geschwindigkeiten beider Ventile sich an nähernd aneinander angeglichen haben.
Dies gibt ein sanftes Aufsetzen des Auslassventils auf dem geöffne ten Einlassventil. Dies ist besonders wichtig, damit nicht zu grosse Kräfte über die Steuervorrichtung des Einlassventils übertragen werden müssen.
Ferner kön nen die Steuervorrichtungen für das Einlass- und das Auslassventil so ausgebildet sein, dass der Abschluss des Auslassventils auf dem geöffneten Einlassventil erst dann erfolgt, wenn das Einlassventil seine Höchst geschwindigkeit überschritten hat. Auf diese Weise können die auf die Steuervorrichtung des Einlassven- tils zu übertragenden Kräfte vermindert werden.
Des weiteren können die Steuernocken der Ventile in bezug auf die Drehrichtung der Maschine so gegen- einander versetzt sein, dass das Auslassventil erst min- destens annähernd bei Erreichung des Höchsthubes des Einlassventils auf dem letzteren schliesst. Damit werden die Übertragungskräfte auf die Steuervorrich tung des Einlassventils beim Schluss des Auslassventils noch weiter vermindert und namentlich beim Schlie ssen des
Auslassventils auf den Einlasssteuernocken keine oder nur noch kleine Torsionskräfte ausgeübt. Die Steuervorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass der grösste Hub des Auslassventils, das einen klei neren Ventildurchmesser hat als das Einlassventil, vor seinem Abschluss auf dem Einlassventil kleiner, gleich oder grösser ist als der grösste Hub des Einlass- ventils. Dadurch kann, besonders für die Fälle 2 und 3,
ein verhältnismässig grosser Öffnungsquerschnitt des Auslassventils und auch ein sanfteres Absetzen des Auslassventils auf dem Einlassventil durch die flachere Ausbildung seines Steuernockens erreicht werden.
Des weiteren können die Steuervorrichtung und die Steuernocken für das Einlass- und das Auslassven- til so ausgebildet sein, -dass das Auslassventil minde stens während der Spülperiode einen grösseren Ge samthub hat als das Einlassventil. Dadurch kann wenigstens während der Spülperiode wegen der da durch verminderten Drosselwiderstände eine ver mehrte Spülluftmenge von der Maschine aufgenom men werden.
Ferner kann die Steuervorrichtung so ausgebildet sein, dass während der Zeit nach Ab schluss des Auslassventils auf dem Einlassventil das Auslassventil unter Mitwirkung seiner Ventilfederung bis zur nächsten Auslassperiode auf dem Einlassventil stets geschlossen bleibt.
In den beiliegenden Zeichnungen sind durch die Fig. 1 bis 6 beispielsweise Wirkungsweisen der Steuer vorrichtung von Brennkraftmaschinen nach dem Er findungsgegenstand sowie durch die Fig.7 und 8 zwei Ausführungsbeispiele an diesen sie betreffenden Viertakt-Brennkraftmaschinen dargestellt. Entspre chende Steuerungsvorgänge sind in den Fig. 1 bis 6 durch Buchstaben und gleiche Teile in den Ausfüh rungsbeispielen (Fig. 7 und 8) mit gleichen Zahlen bezeichnet.
Die Fig. 1, 3 und 5 stellen die sich aus dem Nockenprofil ergebenden Ventilerhebungskurven der Ein- und Auslassventile der betreffenden Brennkraft- maschinen in Funktion der Kurbelwinkel ihrer Kur belwellen dar. Dabei sind darin als Beispiele verschie dene Steuerzeiten für die Ein- und Auslassventile an genommen.
Die Fig.2, 4 und 6 zeigen, entsprechend den Ventilerhebungskurven nach den Fig. 1, 3 und 5, den Verlauf der Öffnungsquerschnitte der Ein- und Aus lassventile während der Spülperioden in den Zylindern für die in die Zylinder gehende Spülluft, ebenfalls in Funktion der Kurbelwinkel der betreffenden Maschi nen.
Die Fig. 7 und 8 stellen hingegen je einen Verti kalschnitt durch einen Zvlinder einer Brennkraft- maschine gemäss Erfindungsgegenstand und gemäss den beispielsweisen Ventilerhebungskurven und den Öffnungsquerschnitten der Ein- bzw. Auslassventile während der Spülperioden entsprechend den Fig. 1 und 2 bzw. 5 und 6 dar.
In Fig. 1 ist a (ausgezogene Linie) die Ventilerhe- bungskurve des Auslassventils. Gemäss dieser Kurve öffnet das Auslassventil jedes Zylinders 30 vor unte rem Totpunkt (UTP), und es hat seine maximale Öff nung ungefähr in der Mitte des Auslasshubes zwischen UTP und oberem Totpunkt (OTP) der Kolben.
Diese Öffnung sinkt dann in der Nähe des oder nach dem OTP auf einen kleineren Wert. Der Abschluss des Auslassventils auf dem geöffneten Einlassventil gemäss _ Ventilerhebungskurve b (punktierte Linie) erfolgt erst dann, wenn die Geschwindigkeiten beider Ventile sich annähernd aneinander angeglichen haben, das heisst nach Fig. 1 bei 30 nach dem OTP,
wo die Tangenten an den zwei Erhebungskurven annähernd die gleiche Neigung haben. Im Fall von Fig. 1 nimmt der Hub des Auslassventils zu diesem Zweck gegen den Abschluss dieses Ventils auf dem Einlassventil hin sogar zu.
Durch die Angleichung der Geschwindigkei ten beider Ventile beim Schliessvorgang des Auslass- ventils wird ein sanftes Aufsetzen des Auslassventils auf dem dann noch geöffneten Einlassventil erreicht, um auch bei Maschinen dieser Gattung keine zu gro ssen Kräfte auf die Steuervorrichtung der Ventile zu erhalten.
Hat das Auslassventil auf dem noch geöff neten Einlassventil geschlossen, so ist der Steuernok- ken für das Auslassventil dann weiter so ausgebildet, dass das letztere während des weiteren Einlasshubes durch die Wirkur_g der Auslassventilfeder stets auf dem Einlassventil geschlossen bleibt, das heisst,
die Hubkurve a des Auslassnockens verläuft dann stets niedriger als die Hubkurve b des Einlassnockens bis über den Zeitpunkt hinaus, wo dann das Einlassventil ebenfalls schliesst, was entsprechend Fig. 1 beispiels weise 30 nach UTP stattfindet.
Der grösste Hub a des Auslassventils bei geschlos senem Einlassventil kann, wie in Fig. 1 dargestellt ist, kleiner sein als der grösste Hub b des Einlassventils, da das Auslassventil einen kleineren Öffnungsdurch messer hat als das Einlassventil, oder es können beide Hübe gleich gross gewählt werden.
Fig. 2 zeigt den jeweiligen minimalen öffnungs- querschnitt c bzw. d des Ein- bzw. Auslassventils während der Spülperiode, die hier, wie auch aus Fig.1 hervorgeht, von 40 vor OTP bis 30 nach OTP dauert.
Der minimale Ventilquerschnitt, Kurve c, wird zuerst von 40 vor OTP bis vor dem OTP durch den Einlassventilnocken hergestellt und nach diesem Zeitpunkt, entsprechend der Kurve d, durch das auf dem Einlassventil sich schliessende Auslassventil. Die ses sitzt, wie bereits gesagt, bei 30 nach OTP auf dem Einlassventil auf.
Dabei ist die Ausführung der Steuer vorrichtung und der Steuernocken des weiteren so getroffen, dass das Auslassventil nach seinem Aufsitzen und Abschliessen auf dem Einlassventil während der folgenden Einlass-, Verdichtungs-, Verbrennung- und Expansionsperioden des betreffenden Zylinders bis zu seiner nächsten Öffnung 30 vor UTP durch die Wir kung der Auslassventilfeder geschlossen bleibt.
Fig. 3 stellt analog wie in Fig. 1 die Ventilerhe- bungskurven des Aus- und Einlassventils einer Brenn- kraftmaschine nach dem Erfindungsgegenstand dar, bei welcher die Steuerzeiten dieser Ventile gegenüber denjenigen in Fig. 1 dargestellten geändert sind.
a' (ausgezogene Linie) ist die Ventilerhebungskurve des Auslassventils und b' (punktierte Linie) diejenige des Einlassventils. Das Auslassventil öffnet 501 vor UTP und schliesst bei 60 nach OTP auf dem bereits ge öffneten Einlassventil. Der höchste Hub des Auslass- ventils ist in diesem Fall aber grösser als derjenige des Einlassventils. Vor dem Schliessen des Auslassventils auf dem
Einlassventil nimmt der Hub des ersteren Ventils wieder ab, um dann wieder gegen den Schliess punkt des Auslassventils auf dem Einlassventil anzu steigen. Die Hübe a' und b' beider Ventile nähern sich ebenfalls allmählich aneinander, wenn das Aus lassventil auf dem Einlassventil 60' nach OTP schliesst.
Ferner steigt die Hubkurve b' des Einlassventils im Schliesspunkt des Auslassventils auf dem Einlassventil nur noch langsam, so dass sich das Auslassventil auf dem sich nur noch langsam öffnenden Einlassventil, also nicht plötzlich, absetzt.
Es ergeben sich dadurch auch kleinere Steuerkräfte, insbesondere auf die Steuervorrichtung des Einlassventils. Nach dem Schlie ssen des Auslassventils auf dem Einlassventil verläuft die Hubkurve a' des Auslassventils niedriger als die Hubkurve b' des Einlassventils,
um ein sicherers Ge- schlossenhalten des Auslassventils auf dem Einlass- ventil durch die Feder des ersteren bis zu seiner näch sten Öffnung nach der Einlass-, Verdichtungs-, Ver- brennungs- und Expansionsperiode zu gewährleisten.
Fig. 4 zeigt, ebenfalls in Funktion des Kurbelwin kels, die minimalen Öffnungsquerschnitte des Eim- und Auslassventils während der Spülperiode, die von 60" vor bis 60 nach OTP sich erstreckt. c' ist nun der durch das Einlassventil bedingte kleinste Öff nungsquerschnitt, der bis nach dem OTP geöffnet ist. d' ist der durch das Auslassventil bedingte kleinste Öffnungsquerschnitt während der Spülperiode.
In Fig. 5 sind die Ventilerhebungskurven des Aus lassventils a" (ausgezogene Linie) und des Einlassven- tils b" (punktierte Linie) dargestellt, wenn das Aus lassventil 65 vor UTP öffnet und 80 nach OTP schliesst, während das Einlassventil 80^ vor OTP öff net und 35 nach UTP schliesst.
Die Hubkurve a" des Auslassventils verläuft in der Nähe seines Schliess punktes auf der Hubkurve b" des Einlassventils wie der, wenn die Geschwindigkeiten der Ventile sich an nähernd einander angeglichen haben. Das Schliessen des Auslassventils auf dem Einlassventil erfolgt aber erst dann, wenn das Einlassventil seinen höchsten Hub erreicht hat und deshalb sich nicht mehr in Be wegung befindet.
Nach Schliessen des Auslassventils auf dem Einlassventil wird die Steuervorrichtung samt Steuernocken für das Auslassventil so ausgebildet, dass der Abschluss des Auslassventils auf dem Einlassventil während der nachfolgenden Einlass-, Verdichtungs-, Verbrennung- und Expansionsperiode bis zum Be ginn der nächsten Auslassperiode durch die Auslass- ventilfederung allein gesichert ist.
Beim in Fig. 5 dargestellten Beispiel ist ein an derer, mehr unregelmässiger Verlauf der Ventilerhe- bungskurve a" des Auslassventils als wie in den Fig. 1 und 3 angenommen. Das Auslassventil wird vorerst nur teilweise geöffnet und seine Öffnung dann aber, namentlich während der Spülperiode der Maschine, über den Hub b" des Einlassventils hinaus vergrössert.
Mit dem über dem Einlasshub b" hinausgehenden Hub a" des Auslassventils können ein sehr allmäh- liches Schliessen des Auslassventils auf dem Einlass- ventil und damit kleine Schliesskräfte auf die Steuer vorrichtung des letzteren erzielt werden.
Es kann auch durch die Ventilhubkurven a" des Auslassventils nach Fig. 5 die Anbringung von Einbuchtungen an den Ventilnocken, wie dies in der Nähe des Schliesspunk tes dieses Ventils in den Fig. 1 und 3 vorgeschlagen wurde, vermieden werden. Es kann natürlich der Ver lauf der Hübe des Ein- und Auslassventils nach Grösse und Form beliebig gewählt werden. Man wird dabei durch entsprechende Ausbildung der Steuervorrich tungen bestrebt sein, zulässige Druck- und Beschleu nigungskräfte auf die einzelnen Steuerungsteile zu er halten.
In Fig. 6 sind, ähnlich wie in Fig. 2 und 4, die minimalen Ventileinlassquerschnitte während der Spül periode, aber von 80 vor bis 80 nach OTP dar gestellt. c" ist der massgebende Öffnungsquerschnitt des Einlassventils und d" derjenige zwischen dem Aus lass- und dem Einlassventil. Entsprechend der Anset zung der Spülperioden nach Fig. 2, 4 oder 6 kann ein kleinerer oder grösserer minimaler Spülquer schnitt durch die Ventile erreicht werden.
Durch die besondere Ausbildung der Hubkurven <I>a, b</I> bzw. a', b' bzw.<I>a", b"</I> kann natürlich der Verlauf der Spülquer schnitte c, d bzw. <I>c',<B>d</B></I> bzw. c", d" geändert und auch sein :Maximum an eine andere Lage der Kurbelwelle der Maschine versetzt werden.
In Fig. 7 stellt 1 den Zylinderblock, 1' eine Zylin derbüchse, 2 die Kurbelwelle, 3 die Schubstange, 4 den Kolben und 6 einen Zylinderabschluss dar. In letzterem ist das Einlassventil 7 und das hierzu kon zentrische und darin bewegte Auslassventil 8 angeord net. Das Einlassventil 7 wird durch seinen auf der Steuerwelle 5 sitzenden Steuernocken 9 mittels der Stange 10, des Hebels 11, des Federtellers 12 geöff net und durch die Spiralfeder 13 im geeigneten Zeit punkt wieder geschlossen.
Das Auslassventil 8 hin gegen wird durch den auf der Steuerwelle 5 sitzen den Nocken 14, das Gestänge 15, den Hebel 16 ge öffnet und durch die doppelseitige Haarnadelfeder 17 unter Vermittlung des Gabelhebels 18 auf dem Ein- lassventil 7 geschlossen. Die Ausbildung der Steuer vorrichtung dieser Maschine ist so getroffen, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt. Das Maschinentriebwerk 2, 3, 4 ist so dargestellt, dass die Kurbel 2 entsprechend Fig. 1 auf 30 nach OTP steht.
Das Einlassventil 7 ist deshalb bereits geöffnet, und das Auslassventil ist im Moment seines Schliessens auf dem Einlassventil. Dies ist der Moment, wo entsprechend der besonderen Ausbildung der Steuervorrichtung und der Auslass- und Einlasssteuernocken das Auslassventil sich ver hältnismässig sanft auf das Einlassventil absetzt.
In Fig. 7 ist noch ein Abgasturbolader mit seiner Abgasturbine 19 und seinem Lader 20 an die Ma schine angeschlossen. Die Ladeluft wird der letzteren durch die Leitung 21 zugeführt. Die Abgase der Ma schine gelangen durch die Kanäle 22 und die Leitun gen 23, 24 zur Abgasturbine 19. Die Maschine kann natürlich auch ohne einen Lader oder mit jeder an deren Ladevorrichtung, z. B. einem von der Maschine selbst oder anderweitig angetriebenen Lader, ausge rüstet sein.
In Fig. 8 ist in gleicher Weise wie in Fig. 7 ein Schnitt durch einen Brennkraftzyl'inder einer Maschine nach dem Erfindungsgegenstand dargestellt. Die Dar stellung bezieht sich aber auf eine Ausbildung der Steuervorrichtung entsprechend den Ventilerhebungs- kurven nach Fig. 5. Das Einlassventil 7 befindet sich dabei in seinem Höchsthub, wenn das Auslassventil 8 darauf schliesst.
Der Steuernocken 14 für das Auslass- ventil 8 öffnet dasselbe nur teilweise vor der Öffnung des Einlassventils 7. Er öffnet das Auslassventil 8 aber während der Spülperiode stärker. Die Erhebung des Steuernockens 14 ist deshalb während der Spül periode für das Auslassventil grösser als diejenige des Einlassnockens 9 auf das Einlassventil 7.
Damit kann ein möglichst grosser Spülquerschnitt durch das Ein- und das Auslassventil erreicht werden, wie dies in Fig. 6 zur Darstellung gelangt.
Eine Darstellung einer Steuervorrichtung und der Ein- und Auslassventile gemäss Fig. 3 und 4, wobei der Auslassventilnocken auf einer grösseren Strecke höher ist als im Fall der Ausführung entsprechend Fig. 5 erübrigt sich.